JP2004124248A - Ultra-fine metal particle, microbody and their production processes - Google Patents

Ultra-fine metal particle, microbody and their production processes Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultra-fine metal particle which is safe, convenient and suitable for industrial use wherein a boron nitride coated film is deposited on the surface of a metal particle. <P>SOLUTION: The ultra-fine metal particle wherein the surface of the particle is coated with boron nitride is obtained by heat-treating a powder (powder a+b) wherein a powder (powder a) composed of an oxide of a transition metal oxide is mixed with a boron powder (powder b) in an atmosphere of nitrogen gas or ammonia gas or a mixed gas atmosphere containing at least one chosen from these at 800-1,700°C. Here, the particle has an average particle size of ≤1 μm and is composed of the transition metal or an alloy containing at least one transition metal. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
磁気テープ、磁気記録ディスク等の磁気記録媒体や、電波吸収体、インダクタ、プリント基板等の電子デバイス(ヨークなどの軟磁性形状体)の原材料に用いる金属粒子およびその製造方法に関する。さらに、金属粒子を形成する際の副生成物である微小体およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子機器の小型軽量化に伴い、電子デバイスを構成する原材料自体もナノサイズ化が要求されている。同時にデバイスの高性能化も実現しなければならない。例えば磁気記録密度の向上を目的として、磁気テープに塗布する磁性粒子のナノサイズ化と磁化の向上が同時に要求される。
【0003】
従来、磁気記録媒体用として主にフェライト粉が用いられてきたが、磁化が小さく信号強度が低いという問題があった。十分な出力特性を得るためにはFe、Coで代表される金属磁性粒子が適しているが、例えば高記録密度化のために粒子径を1μm以下に微細化すると、金属粒子は酸化に対して活性であるため大気中で酸化反応が激しく進行し、金属の一部または全部が酸化物に変質して磁化が低下してしまう。微細な金属粒子の取り扱いを改善するために、Fe、Coを含む磁性粒子表面をフェライト層で被覆する方法(例えば、特許文献1)、Fe粉表面をグラファイトで被覆する方法(例えば、特許文献2)等が提案されている。
【0004】
上述の例のように粒径が1μm以下の金属粒子において、金属としての機能を損なわせないためには、粒子を直接大気(酸素)に触れさせないようにするため、粒子表面に被膜を付与することが不可欠である。しかし、特許文献1のように金属酸化物で表面を被覆する方法は、少なからず金属を酸化劣化させている。
また、特許文献2のように金属粒子をグラファイトでコーティングする場合は、コーティングするためには、金属が炭素を溶融する状態を作るために、1600℃〜2800℃という極めて高い温度で熱処理しなければならない。金属の炭化やグラファイトのCO化が懸念される。これら諸問題を打開する被覆方法として、窒化ほう素(BN)による金属粒子の被覆が挙げられる(例えば、非特許文献1)。BNは「るつぼ」に用いられる材料であり、融点が3000℃と高く熱的安定性に優れているとともに、金属との反応性が低い。また絶縁性を有する特徴がある。金属粒子にBN被膜を付与する製法は、(1)金属とBの混合粉末を窒素雰囲気中でアーク放電によって加熱する、あるいは(2)金属とBの混合粉末を水素とアンモニアの混合雰囲気中で加熱する、あるいは(3)硝酸金属塩と尿素とホウ酸の混合物を水素雰囲気中で熱処理する、といった方法がある。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−30920号公報(第9〜11頁、図2)
【特許文献2】
特開平9−143502号公報(第3〜4頁、図5)
【非特許文献1】
「インターナショナル ジャーナル オブ インオーガニック マテリアルズ 3 2001(International Journal of Inorganic Materials 3 2001)」,2001年,p.597
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記BN被膜の製法において、製法(1)及び(2)は金属粒子を原料としているため、特に粒径1μm以下の超微粒子を取り扱う際、急激な酸化反応による発火などの危険がある。また製法(3)では硝酸金属塩を加熱分解するため、有毒ガス(NO)が発生する。また製法(1)のアーク放電を利用する手法は処理量が少なく生産性が低いだけでなく、反応温度が2000℃付近の高温であるため工業的利用には適していない。また製法(2)及び(3)で使用する水素ガスは爆発の危険があるため、工業的に利用するのは好ましくない。また、従来の技術で得られる被覆された金属粒子は、金属粒子の一部を改質することによって飽和磁化の劣化が生じるなどの問題があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
発明者等は、上記課題を解決すべく、安全且つ簡便な方法で工業的利用に適した被膜が金属粒子表面に被覆された金属超微粒子およびその製造方法を鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
【0008】
[1] 本発明の金属超微粒子は、金属酸化物を還元することにより得られた金属粒子であって、前記金属粒子の表面は窒化ほう素で被覆されており、平均粒径が1μm以下であることを特徴とする。望ましくは平均粒径を0.001〜1μmの範囲内とする。例えば、平均粒径0.2〜0.5μmである耐酸化性に優れた金属超微粒子を得ることもできる。より望ましくは平均粒径が0.01μm〜0.1μmである。粒径0.1μm以下では、表面を窒化ほう素で被覆することによる酸化防止の効果が特に際立っている。
【0009】
平均粒径は、例えば、試料粉末を溶媒中に分散させて、レーザー光線を照射して回折を利用して平均粒径を測定する方法(第1の方法)により求めることができる。あるいは、空気透過法(例えば、フィッシャー・サブ・シーブ・サイザー(F.S.S.S)法)により求めることができる(第2の方法)。高い測定精度を得るには、第1の方法を用いた市販の測定装置を用いる方が好ましい。なお、試料の量が微量である為、第1および第2の方法では平均粒径の測定が困難な場合には、試料を電子顕微鏡で観察して平均粒径を測定する(第3の方法)。例えば、試料の電子顕微鏡写真を取る。写真内で任意の面積内にある金属超微粒子の粒径を測定して平均値を求めたり、あるいは写真内で任意の長さの線分を引いて、線分の粒子を横断する部分の長さの和Lと線分が横断した粒子の数Nとから、平均粒径=L/Nとして求める。ただし、第3の方法では、少なくとも50個以上の粒子の平均値を得るものとする。
【0010】
本発明では、微粒子のすべてが窒化ほう素(もしくは炭素)で被覆されていることが望ましいが、必ずしも全ての粒子が被覆されていなくてもよい。また、超微粒子の表面は窒化ほう素(もしくは炭素)で被覆されていることが望ましいが、表面が完全に窒化ほう素(もしくは炭素)で被覆されている粒子のみで構成される必要はない。なお、本願明細書および特許請求の範囲における数値範囲の記載は、例えば、「粒径が0.001〜1μmである」と記載したものは「粒径は、0.001μm以上且つ1μm以下の範囲にある」という表現と等価なものとして用いている。
【0011】
[2] 上記[1]において、前記金属酸化物は、遷移金属を含む酸化物であることを特徴とする。前記金属粒子は、Fe、Ni、Co、それらの少なくとも1種を含む合金から選ばれることが望ましい。例えば、窒化ほう素で被覆されたFe粒子、窒化ほう素で被覆されたNi粒、窒化ほう素で被覆されたFeNiCo粒子、窒化ほう素で被覆されたNiFe粒子等が挙げられる。
【0012】
[3] 上記[1]または[2]の金属超微粒子において、前記窒化ほう素は、主としてh−BNの結晶構造を有することを特徴とする。
【0013】
[4] 上記[1]乃至[3]のいずれかの金属超微粒子において、前記窒化ほう素は、厚さ100nm以下の膜であることを特徴とする。ここで、膜厚とは、被覆される粒子の表面と被覆する薄膜の表面間の距離に相当する。より好ましくは膜厚20nm以下にすることができる。
【0014】
[5] 上記[1]乃至[4]のいずれかの金属超微粒子において、前記窒化ほう素は、結晶の格子面もしくは積層面が2層以上であることを特徴とする。より望ましくは結晶の格子面もしくは積層面が4層以上の膜とする。ここで、窒化ほう素は六方晶を主体とし、前記結晶の格子面もしくは積層面は六方晶のc面(すなわち、(002)面)であることが望ましい。前記結晶の格子面もしくは積層面は、金属粒子の面に沿って形成されていることが望ましい。
[6] 上記[5]において、前記粒子または窒化ほう素の中に中間相を備えてもよい。
【0015】
[7] 上記[1]乃至[6]のいずれかにおいて、前記金属超粒子は粒子を構成する主成分が磁性金属元素であり、前記金属超微粒子の飽和磁化は、前記磁性金属元素の飽和磁化の10%以上且つ100%未満であることを特徴とする。上記[7]に関して、金属超微粒子の核を磁性粒子で構成する際に、被覆している窒化ほう素膜は30nm以下と極めて薄くすることができる。そのため、金属超微粒子において、磁性粒子の占める体積率を高くすることもでき、従来技術に比べて金属超微粒子の飽和磁化の低下を抑制することができる。遷移金属または遷移金属を含む合金で構成される粒子において、粒子の磁性を担う主成分の材質固有の飽和磁化を基準(すなわち、100%)としたときに、その粒子に窒化ほう素膜を被覆した金属超微粒子の飽和磁化は前記基準に対して10%以上の大きさを有するものとすることができる。
【0016】
[8] 上記[1]乃至[7]のいずれかにおいて、湿度100%、温度120℃、1気圧、24時間の条件で熱処理した後、熱処理前の含有酸素質量(mass%)に対して熱処理後の酸素質量増分が50%以下であることを特徴とする。金属超微粒子の表面は完全に窒化ほう素膜で被覆されていなくとも、すなわち局部的に被覆が薄くなっていたとしても、使用することができる。しかしながら、長期間保管する場合に酸化の進行を防止することが難しいため、超微粒子の表面を完全に窒化ほう素膜で被覆することが望ましい。
【0017】
なお、本願明細書および特許請求の範囲において、mass%、すなわち質量百分率(質量%)は物質の質量で組成比を表している。すなわち、金属超微粒子子の単位質量に対して各元素成分がどれくらいの質量で含有されているかを表す。
組成毎の質量%を測定する方法は、例えば、試料粉末を2000〜3000℃へ急速加熱することにより試料中の酸素等を熱分解し、ガスクロマトグラフと熱伝導度検出器により、発生した酸素ガスもしくは酸素を含有するガスを検出することによって酸素の含有量を分析する方法である。本発明に係る金属超微粒子は、特に耐酸化性に優れているため、前述の加湿・加温処理を施しても、処理前の含有酸素量に対して処理後の酸素質量増加が抑制される。
【0018】
磁気特性を極端に劣化させない程度に、原材料の混合時に含まれる不純物や不可避的不純物(もとから原料に含まれる元素)を磁性粒子に含有していてもよい。
また、金属または合金で構成される粒子は、そのX線回折パターンにおいて、強度(Intensity(cps))が最も高いピークと2番目に高いピークの少なくとも一方が金属粒子を構成する元素(被覆を除く)のピークに相当することを特徴とする。より好ましくは粒子を構成する元素(BNを除く)の酸化物のピークが、3番目に高いピークより十分小さいこと若しくは全く検出されないことを特徴とする。
【0019】
[9] 本発明の金属超微粒子の製造方法は、金属の酸化物を含有する粉末とほう素を含有する粉末を混合した粉末を、窒素を含む雰囲気中で熱処理することにより、金属超微粒子を作製する方法であって、前記金属超微粒子は、窒化ほう素で被覆された金属粒子であることを特徴とする。金属の酸化物は、遷移金属を含有していることが望ましい(より望ましくは遷移金属の酸化物で構成する)。生成された窒化ほう素で被覆された金属粒子は平均粒径が1μm以下とすることが望ましい。“窒素を含む雰囲気”とは、窒素ガス、アルゴン等の不活性ガスと窒素ガスの混合ガスから選ばれる雰囲気に相当する。
【0020】
上記[9]の製造方法について、より望ましくは、酸化鉄を含む粒子とボロンを含む粒子を混合した粉末を、窒素を含む雰囲気中で熱処理して、酸化鉄を鉄と鉄ボロン化合物の少なくとも1種に還元し、ボロン酸化物を生成することにより、最終的には鉄もしくは鉄窒化物の少なくとも1種の粒子であって、表面が窒化ほう素に被覆されている粒子を製造することを特徴とする。
【0021】
上記[9]に係る金属超微粒子の製造方法は、金属酸化物粒子を還元する工程と、金属粒子の表面を窒化ほう素膜で被覆する工程を一つの熱処理工程で行なうことを特徴とする。本発明の製造方法は、追って説明する比較例の製造方法に比べて、酸素をほとんど含有しないという点で優れている。比較例の製造方法とは、金属の超微粒子を作製した後、自然発火や燃焼(酸化すること)を避けるために、酸素を低濃度で含む不活性雰囲気を徐々に金属の超微粒子に供給することで、表面に薄い酸化膜を形成する超微粒子の製造方法である。
【0022】
[10] 上記[9]において、前記熱処理は、800℃以上の温度で行われることを特徴とする。より望ましくは800〜1700℃の範囲内で行なう。
【0023】
[11] 本発明の他の金属超微粒子は、金属酸化物を還元することにより得られた金属粒子であって、前記金属粒子の表面は炭素で被覆されており、平均粒径が1μm以下であることを特徴とする。望ましくは平均粒径を0.001〜1μmの範囲内とする。例えば、平均粒径0.2〜0.5μmというような耐酸化性に優れた金属超微粒子を得ることもできる。より望ましくは平均粒径が0.01μm〜0.1μmである。粒径0.1μm以下では、表面を炭素で被覆することによる酸化防止の効果が特に際立っている。
【0024】
[12] 上記[11]において、前記金属酸化物は、遷移金属を含む酸化物であることを特徴とする。前記金属粒子は、Fe、Ni、Co、それらの少なくとも1種を含む合金から選ばれることが望ましい。例えば、炭素で被覆されたFe粒子、炭素で被覆されたNi粒、炭素で被覆されたFeNiCo粒子、炭素で被覆されたNiFe粒子等が挙げられる。
[13] 上記[11]または[12]の金属超微粒子において、前記炭素は、主としてグラファイトで構成されていることを特徴とする。さらに、前記炭素が、グラファイトとアモルファスの結晶組織を有し、主としてグラファイトで構成されていてもよい。
【0025】
[14] 上記[11]乃至[13]のいずれかの金属超微粒子において、前記炭素は膜厚100nm以下であることを特徴とする。より好ましくは膜厚20nm以下にすることができる。
【0026】
[15] 上記[11]乃至[14]のいずれかの金属超微粒子において、前記炭素は、結晶の格子面または積層面が2層以上であることを特徴とする。より望ましくは結晶の格子面もしくは積層面が4層以上の膜とする。ここで、炭素はグラファイトを主体とし、前記結晶の格子面もしくは積層面は、グラファイトの積層面であることが望ましい。前記結晶の格子面もしくは積層面は、金属粒子の面に沿って形成されていることが望ましい。
[16] 上記[15]において、前記粒子または炭素の中に中間相を備えてもよい。
【0027】
被覆を構成する炭素は主に格子面が層状に配列しているグラファイトであるため、6員環が連なった層状格子の面を複数備える。すなわち、複数の結晶格子面を備える。層状格子の格子面は、前記粒子の表面に対して積層構造となることがある。前記粒子と被膜の界面には中間層または遷移金属と炭素が混在する領域若しくは両者の結晶整合領域を有するため、層状格子の面を少なくとも2層以上に形成することが、前記粒子の酸化を抑制する上で望ましい。層状格子の面(格子面)は、例えば4層〜20層の範囲内で形成することができる。中間相とは、金属粒子の結晶構造と被覆の結晶構造の中間的な構造の部分或いは境界領域を指す。中間相の厚さは、グラファイトの格子面間隔もしくはグラファイト層で1層〜5層程度となる。中間相が薄い場合、前記粒子と炭素膜間の結晶格子不整合が短い距離で緩和・解消され、前記粒子全面を均一に炭素膜で被覆できると考えられる。
【0028】
[17] 上記[11]乃至[16]のいずれかにおいて、前記金属超粒子は粒子を構成する主成分が磁性金属元素であり、前記金属超微粒子の飽和磁化は、前記磁性金属元素の飽和磁化の10%以上且つ100%未満であることを特徴とする。上記[17]に関して、金属超微粒子の核を磁性粒子で構成する際に、被覆している炭素膜は膜厚30nm以下と極めて薄くすることができる。そのため、金属超微粒子において、磁性粒子の占める体積率を高くすることもできる。従来技術に比べて金属超微粒子の飽和磁化の低下を抑制することができる。遷移金属または遷移金属を含む合金で構成される粒子において、磁性を担う主成分の材質固有の飽和磁化を基準(すなわち、100%)としたときに、その粒子に炭素膜を被覆した金属超微粒子の飽和磁化は前記基準に対して10%以上の大きさを有するものとすることができる。
【0029】
[18] 上記[11]乃至[17]のいずれかにおいて、湿度100%、温度120℃、1気圧、24時間の条件で熱処理した後、熱処理前の含有酸素質量(mass%)に対して熱処理後の酸素質量増分が50%以下であることを特徴とする。金属超微粒子の表面は完全に炭素膜で被覆されていなくとも、すなわち局部的に被覆が薄くなっていたとしても、使用することができる。しかしながら、長期間保管する場合に酸化の進行を防止することが難しいため、超微粒子の表面を完全に炭素膜で被覆することが望ましい。
【0030】
磁気特性を極端に劣化させない程度に、原材料の混合時に含まれる不純物や不可避的不純物(元から原料に含まれる元素)を磁性粒子に含有していてもよい。また、金属または合金で構成される粒子は、そのX線回折パターンにおいて、1番目ないし2番目に強度(Intensity(cps))の高いピークが、粒子の主要元素ないしグラファイトのピークに相当するピークであることが望ましい。より好ましくは粒子を構成する元素(炭素を除く)の酸化物のピークが、前記X線回折パターンにおいて現れる強度が3番目に高いピークより十分小さいこと、若しくは全く検出されないことを特徴とする。
【0031】
[19] 本発明の金属超微粒子の製造方法は、金属の酸化物を含有する粉末と炭素を含有する粉末を混合した粉末を、不活性雰囲気中で熱処理することにより、金属超微粒子を作製する方法であって、前記金属超微粒子は、表面を炭素で被覆した金属粒子であることを特徴とする。金属の酸化物は、遷移金属を含有していることが望ましい(より望ましくは遷移金属の酸化物で構成する)。生成された炭素で被覆された金属粒子は平均粒径が1μm以下とすることが望ましい。
【0032】
上記[19]の製造方法について、より望ましくは酸化鉄を含む粒子と炭素を含む粒子を混合した粉末を、不活性雰囲気中で熱処理して、酸化鉄を鉄もしくは炭化鉄の少なくとも1種に還元し、炭素の酸化物を生成することにより、鉄もしくは炭化鉄の少なくとも1種の粒子であって、表面が炭素に被覆されている粒子を製造することを特徴とする。
【0033】
上記[19]に係る金属超微粒子の製造方法は、金属酸化物粒子を還元する工程と、金属粒子の表面を炭素膜で被覆する工程を一つの熱処理工程で行なうことを特徴とする。本発明の製造方法は、追って説明する比較例の製造方法に比べて、酸素をほとんど含有しないという点で優れている。比較例の製造方法とは、金属の超微粒子を作製した後、自然発火や燃焼(酸化すること)を避けるために、酸素を低濃度で含む不活性雰囲気中で徐々に金属の超微粒子に酸素を供給し、表面に薄い酸化膜を形成する超微粒子の製造方法である。
【0034】
[20] 上記[19]において、前記熱処理は、600℃以上の温度で行われることを特徴とする。なお、より望ましくは600〜1600℃の範囲内で行なう。
【0035】
[21] 本発明の微小体の製造方法は、金属の酸化物を含有する粉末とほう素を含有する粉末を混合した粉末を、窒素を含む雰囲気中で熱処理することにより、窒化ほう素の微小体を作製することを特徴とする。ここで、微小体は、上記[1]乃至[10]のいずれかに係る金属超微粒子を作製する際に、副生成物として得られる微小体に相当する。
【0036】
[22] 本発明の他の微小体の製造方法は、ほう素を含む粒子と金属の酸化物粒子を含有する粉末を、窒素を含む雰囲気中で熱処理することにより、金属粒子もしくは窒化ほう素の微小体の少なくとも1つを有する生成物を得ることを特徴とする。前記金属粒子は窒化ほう素で被覆されていてもよい。前記窒素を含む雰囲気は、例えば、窒素ガス、窒素ガスにアルゴンガスなどの希ガスを混ぜた混合ガス等を用いることができる。
【0037】
[23] 上記[21]又は[22]において、前記熱処理は800℃以上の温度で行われることを特徴とする。より、望ましくは800℃〜1700℃の範囲で熱処理する。
【0038】
上記[21]乃至[23]のいずれかに係る製造方法は、非常に量産性に優れている。必要な熱エネルギーは従来の製造方法に比べて小さい。また、高真空を必要としている訳ではなく、雰囲気の精密な圧力制御が不要である。不活性なガスを用いている為、熱処理炉の損傷がなく、損傷により微小体に不純物が混入するというような問題もない。さらに爆発性や有毒性の危険もない。原料として用いる酸化物の粉末は、nmサイズの粒子であっても作製および取り扱いが容易である。原料の発火や燃焼が発生し難く、発火等による原料ロスや形状が設計外となる問題や工程中断の問題等が起こり難いということもメリットとして挙げられる。
【0039】
[24] 上記[21]乃至[23]のいずれかに記載の微小体の製造方法によって窒化ほう素の微小体と金属粒子を有する粉末を作製し、前記粉末から前記金属粒子の少なくとも一部を除去することを特徴とする。金属粒子を全て除去して、窒化ほう素の微小体のみの粉末にすることが望ましい。すなわち、熱処理後に金属粒子もしくは金属粒子を含む微小体を除去するというプロセスを経る。例えば、熱処理を行っている際に還元された金属粒子が、さらに粒成長して粗大な金属粒子になった場合、除去することが望ましい。
このプロセスは、微小体の粉末における窒化ほう素の割合・純度を高める工程である。例えば、この微小体を媒体(液体)に分散させ、金属系粒子と窒化ほう素微小体の比重差(あるいは、金属を含む微小体と金属を含まない微小体の比重差)を利用して、攪拌後の自然沈降や遠心分離等の手法により、金属粒子等を分離・低減する方法を用いることができる(分離法1)。また、金属粒子に磁界を印加して吸引し、吸引されない窒化ほう素のみの微小体と分離する方法(湿式もしくは乾式)を用いることができる(分離法2)。また、金属粒子を酸などの溶液で化学的に溶解して除去することにより、金属粒子の量を低減する方法を用いることができる(分離法3)。分離法3は溶け残りの残渣や不純物の混入の可能性があるが、金属粒子の低減には効果がある。金属粒子の表面が全て被覆されていて酸などの溶液が浸透しない場合、粉末状の微小体の純度を高めるには、分離法1又は分離法2を行なうことが望ましい。なお、微小体の粉末に金属の粉末が含まれていても、必ずしも問題という訳ではない。微小体は寸法が小さく、粉末のハンドリングが容易ではない。例えば、遷移金属の微粒子の粉末をキャリヤーとして含む粉体であれば、微小体のみからなる粉末に比べてハンドリングし易くなるという利点がある。
【0040】
[25] 本発明の他の微小体は、金属酸化物を窒素を含む不活性ガス雰囲気中で還元することにより生成した微小体であって、主として窒化ほう素で構成されており、ワイヤ状若しくは円筒状であることを特徴とする。窒化ほう素は菱面体相であることが望ましい。この微小体は、上記[1]乃至[10]に係る金属超微粒子を作製する際に、副生成物として得られる。
本発明の他の微小体は、金属酸化物を窒素を含む不活性ガス雰囲気中で還元することにより窒素とほう素を結合させた微小体であって、主として窒化ほう素で構成されており、ワイヤ状若しくは円筒状であることを特徴とする。金属酸化物を媒介もしくは促進剤として、窒素を含む不活性の雰囲気中で熱処理を行うことにより、ほう素と窒素を結合させて窒化ほう素の微小体を生成する。金属酸化物は、例えば、金属もしくは合金の酸化物を用いることができる。特に、遷移金属または遷移金属の少なくとも1種を含む合金を用いることが望ましい。さらに好ましくは、磁性金属の酸化物を用いる。例えば、前記金属もしくは合金は、Fe、Ni、Co、それらの少なくとも1種を含む合金から選ぶことができる。
【0041】
“微小体”とは、例えば、ナノチューブ、ナノワイヤー、立体的原子構造体、ナノ粒子、ナノメートル(nm)オーダーの寸法的特徴を有する構造体、それらの少なくとも一つを含む集合体または粉末(若しくは粉体)のように、微小な物を指す用語として用いる。円筒状の形状を有する微小体は、特にナノチューブであることがより好ましい。“ワイヤ状若しくは円筒状”とは、例えば、線状、棒状、チューブ状、管状、それらのいずれかで中空または中実であるもの、それらのいずれかを連ねて接続したもの、小片(板状片、鱗状もしくはブロック状の片)を継ぎ足して構成した長尺の形状等を含む用語として用いる。
【0042】
[26] 上記[25]において、前記微小体は、平均直径が0.5μm以下であることを特徴とする。望ましくは平均直径0.01〜0.5μm、さらに望ましくは平均直径0.05〜0.5μmとする。より詳細には、例えば、直径0.1〜0.3μmとすることができる。
なお、原料の金属酸化物として、平均粒径が0.001〜1μmの範囲内にある微細な粉を用いれば、直径0.001〜1μmの範囲内の微小体を得ることことができる。より好ましくは平均粒径0.001〜0.05μmの範囲内の金属酸化物を用いて、直径0.001〜0.05μmの微小体を得る。平均粒径が小さく且つ粒径分布のシャープな原料を用いることにより、平均直径の小さい微小体を得ることができる。
【0043】
直径とは、例えば、1個の微小体について、ワイヤ状もしくは円筒状の部分の断面(長手方向に直交する向きでの断面)を見たときの外径に相当する。断面が円形でない場合には最大値を直径と見なす。微小体が、長手方向に沿ってゆるやかに変化している直径を有する場合には、長手方向で見たときの最大径と最小径の中間値を微小体の直径として表せばよい。ワイヤ状若しくは円筒状の形状から大きく外れる箇所がある場合には、その箇所を無視し、ワイヤ状若しくは円筒状の部分のみで直径を評価する。
【0044】
平均直径とは、例えば、ワイヤ状若しくは円筒状の微小体を有する粉末を試料として、電子顕微鏡写真を撮影する。写真内で任意の面積内にある微小体について各々の直径を測定して平均値を求める。すなわち、N個の微小体について(N≧50個)、前記直径を測定し、平均直径=(測定した直径の総和)/Nとして表わす。写真に代えて、イメージを取得し、パソコンと画像処理ソフトを利用して直径を測定してもよい。
【0045】
[27] 本発明の他の微小体は、円筒状の窒化ほう素微小体であって、外径Roと内径Riの比が、(Ri/Ro)≦0.8となる部位を備えることを特徴とする。Ri/Roの比が1に近いと、壁の厚みが小さくなるので微小体の重量が少なくなり、結果として比表面積が大きくなる。本発明に係る窒化ほう素微小体は、(Ri/Ro)の比が1に近い箇所を有するが、内径が小さくなっている箇所もある。例えば、円筒形状の終端や円筒形状が屈曲している箇所において、内径が小さくなることもあるが、実用的には差し支えない。
この窒化ほう素微小体は、チューブの壁を構成する窒化ほう素の原子層を多層に形成することができ、節や架橋を増やすように生成することもできる。従って、ワイヤ状若しくは円筒状の微小体の壁の厚さを厚くして、(Ri/Ro)が小さい微小体を製造することも可能である。なお、Riはチューブを長手方向にほぼ垂直な断面でみたときの内径(空洞の径に相当)であり、節の断面などは含まない。Roはチューブを長手方向にほぼ垂直な断面でみたときの外径に相当する。
【0046】
[28] 本発明の他の微小体は、菱面体相の窒化ほう素微小体と六方晶相の窒化ほう素微小体の混合物であることを特徴とする。
結晶構造について、菱面体相の窒化ほう素(Rhombohedral Boron Nitride)はr−BNとも表される。六方晶相の窒化ほう素(Hexagonal Boron Nitride)は、h−BNとも表される。
[29] 本発明の他の微小体は、菱面体相と六方晶相を有する窒化ほう素であることを特徴とする。
【0047】
[30] 本発明の他の微小体は、窒化ほう素を主として構成されており、円筒状であって内部に節もしくは架橋を有することを特徴とする。
ここで、“節”とは筒状(あるいは管状)の微小体の内部を複数の空洞に分離したり、複数の区画に分割することができる部材に相当する。“架橋”とは、筒状の微小体の内壁の任意の部分同士を接続する部材に相当する。架橋がより集まって節を構成することも可能と考えられる。節の面は、管の壁や円筒の壁に対して、平行な配置ではなくむしろ直交するような配置に近い関係にある。節が複数個ある場合、節同士の間隔は例えば0.5d以上とする。ここで、dは節と節の中間における円筒状の部分の直径dに相当する。また、この微小体は、複数個の節を備えていても外径や壁面厚さが一方的に漸減するとは限らず、むしろ増加させることも可能であり、長尺の微小体を得ることができる。
【0048】
[31] 本発明の他の微小体は、金属粒子と、前記金属粒子を被覆する窒化ほう素被膜と、ワイヤ状もしくは円筒状の窒化ほう素を備えることを特徴とする。
ワイヤ状もしくは円筒状の部分は、成長方向が一つとは限らず、複数の成長方向を有するものであってもよい。また、ワイヤ状もしくは円筒状の窒化ほう素は、窒化ほう素被膜から直接成長させてもよいし、金属酸化物を還元した金属粒子から直接成長させてもよい。金属粒子は、窒化ほう素微小体の先端部もしくは中央部のいずれに配置されていてもよい。配置の状態としては、1個の金属粒子に1個の窒化ほう素微小体に設けた構造(あるいは接合、接続、結合、連結、連接した構造)、あるいは1個の金属粒子に複数の窒化ほう素微小体を設けた構造が挙げられる。他の配置状態としては、金属粒子が炭素微小体に内包された構造(あるいは被覆、嵌合、埋設、包含、巻回、抱持、担持などの構造)がある。製造方法で原料や熱処理等の条件を変えることで、金属粒子の配置状態は変わりうる。
前記金属粒子は、遷移金属または遷移金属の少なくとも1種を含む合金で構成されることが望ましい。さらに望ましくは、前記金属粒子を磁性金属で構成する。例えば、前記金属粒子は、Fe、Ni、Co、それらの少なくとも1種を含む合金から選ばれる組成を有するものとする。
【0049】
[32] 本発明の他の微小体の製造方法は、金属の酸化物を含有する粉末と炭素を含有する粉末を混合した粉末を、不活性の雰囲気中で熱処理することにより、炭素の微小体を作製することを特徴とする。より望ましくは、遷移金属の酸化物で構成される粉末と炭素粉末とを混合した粉末を、不活性の雰囲気中で熱処理することにより炭素の微小体を作製する。この微小体の製造方法は、上記[11]乃至[20]に係る金属超微粒子を作製する際に、副生成物として得ることができる微小体とその製造方法に関わる。
【0050】
[33] 本発明の他の微小体の製造方法は、炭素を含む粒子と金属の酸化物粒子を含有する粉末を、不活性の雰囲気中で熱処理することにより、金属粒子もしくは炭素の微小体の少なくとも1つを有する生成物を得ることを特徴とする。前記金属粒子は炭素で被覆されていてもよい。
【0051】
[34] 上記[32]又は[33]において、前記熱処理は600℃以上の温度で行われることを特徴とする。より望ましくは600℃〜1600℃の範囲で熱処理する。
【0052】
上記[32]乃至[34]のいずれかに係る製造方法は、非常に量産性に優れている。必要な熱エネルギーは従来の製造方法に比べて小さい。また、高真空を必要としている訳ではなく、雰囲気の圧力制御等も量産性の制約にはなりにくい。不活性なガスを用いている為に熱処理炉の損傷がなく、損傷により微小体に不純物が混入するというような問題もない。原料として用いる酸化物の粉末は、nmサイズの粒子であっても作製および取り扱いが容易である。原料の発火や燃焼が発生し難く、発火等による原料ロスや形状が設計外となる問題や工程中断の問題等が起こり難いということもメリットとして挙げられる。
【0053】
[35] 上記[32]乃至[34]のいずれかに記載の微小体の製造方法によって炭素の微小体と金属粒子を有する粉末を作製し、前記粉末から前記金属粒子の少なくとも一部を除去することを特徴とする。金属粒子を全て除去して、炭素の微小体のみの粉末にすることが望ましい。すなわち、熱処理後に金属粒子もしくは金属粒子を含む微小体を除去するというプロセスを経る。例えば、熱処理を行っている際に還元された金属粒子が、さらに粒成長して粗大な金属粒子になった場合、除去することが望ましい。この除去プロセスとしては、上記[24]と同様のプロセスを用いることができる。
【0054】
[36] 本発明の他の微小体は、金属酸化物を不活性ガス雰囲気中で還元することにより生成した微小体であって、グラファイト相の炭素で構成されており、ワイヤ状若しくは円筒状であることを特徴とする。金属酸化物を媒介もしくは促進剤として、不活性の雰囲気中で熱処理を行うことにより、炭素の分解・再構築を行わせて炭素の微小体を得る。この微小体は、上記[11]乃至[20]に係る金属超微粒子を作製する際に、副生成物として得ることができる。
本発明の微小体は、金属酸化物を不活性ガス雰囲気中で還元することにより炭素粒子の形状を再構築した微小体であって、主として炭素で構成されており、ワイヤ状若しくは円筒状の形状を有することを特徴とする。より詳細には、金属酸化物から酸素を奪う還元反応と不活性ガスを利用し、粒子状の炭素を分解・再構築して、炭素の微小体を生成する。金属酸化物は、例えば、金属もしくは合金の酸化物を用いることができる。特に、遷移金属または遷移金属の少なくとも1種を含む合金を用いることが望ましい。さらに好ましくは、磁性金属の酸化物を用いる。例えば、前記金属もしくは合金は、Fe、Ni、Co、それらの少なくとも1種を含む合金から選ぶことができる。
【0055】
[37] 上記[36]において、前記微小体は平均直径が0.5μm以下であることを特徴とする。望ましくは平均直径0.01〜0.5μm、さらに望ましくは平均直径0.05〜0.5μmとする。より詳細には、例えば、直径0.1〜0.3μmとすることができる。なお、原料の金属酸化物として、平均粒径が0.001〜1μmの範囲内にある微細な粉を用いれば、平均直径0.001〜1μmの範囲内の微小体を得ることことができる。より好ましくは平均粒径0.001〜0.05μmの範囲内の金属酸化物を用いて、平均直径0.001〜0.05μmの微小体を得る。平均粒径が小さく且つ粒径分布のシャープな原料を用いることにより、平均直径の小さい微小体を得ることができる。
【0056】
[38] 本発明の他の微小体は、円筒状の炭素微小体であって、外径Roと内径Riの比が、(Ri/Ro)≦0.8となる部位を備えることを特徴とする。
(Ri/Ro)の比が1に近いと、壁の厚みが小さくなるので微小体の重量が少なくなり、結果として比表面積が大きくなる。本発明に係る炭素微小体は、(Ri/Ro)の比が1に近い箇所を有するが、内径が小さくなっている箇所もある。例えば、円筒形状の終端や円筒形状が屈曲している箇所において、内径が小さくなる場合があるが、実用的には差し支えない。
この炭素微小体は、チューブの壁を構成するグラファイトの原子層を多層に形成することができ、節や架橋を増やすように生成することもできる。従って、ワイヤ状若しくは円筒状の炭素微小体の壁の厚さを厚くして、(Ri/Ro)が小さい炭素微小体を製造することも可能である。なお、Riはチューブを長手方向にほぼ垂直な断面でみたときの内径(空洞の径に相当)であり、節の断面などは含まない。Roはチューブを長手方向にほぼ垂直な断面でみたときの外径に相当する。
【0057】
[39] 本発明の他の微小体は、グラファイト相の炭素を主として構成されており、円筒状であって内部に節もしくは架橋を有することを特徴とする。
ここで、“節”の定義は上記[30]の説明と同様である。
【0058】
[40] 本発明の他の微小体は、金属粒子と、前記金属粒子を被覆する炭素被膜と、ワイヤ状若しくは円筒状の炭素を備えることを特徴とする。
前記金属粒子は、遷移金属または遷移金属の少なくとも1種を含む合金で構成されることが望ましい。さらに望ましくは、前記金属粒子を磁性金属で構成する。例えば、前記金属粒子は、Fe、Ni、Co、それらの少なくとも1種を含む合金から選ばれる組成を有するものとする。
【0059】
【発明の実施の形態】
上記[1]乃至[10]のいずれかに係る本発明の実施の形態について、説明する。上記の[1]乃至[10]に係る本発明は、遷移金属の金属粉末原料、なかでもFe、Co、Niなどが窒化ほう素(BN)形成の触媒の役割を果たし、窒素雰囲気中で前記金属粉末とほう素(B)を2000℃付近で加熱すると、金属粒子を核として窒化ほう素が形成することに着目した。さらには出発原料を金属ではなくFe、Co、Niで代表される遷移金属の酸化物にしたところ、800℃〜1700℃で酸化物が還元されると同時に窒化ほう素が形成し、金属粒子が窒化ほう素被膜(BN被膜)に内包された新規な金属超微粒子が生成することを見出したものである。
【0060】
上記[1]〜[10]に係る本発明の出発原料である金属酸化物、ほう素の原料の考え方、および数値限定理由などについて述べる。本発明に係る酸化物を構成する金属(以下、Mとして表わす)としては遷移金属またはそれら合金(特に磁性材料)が好ましい。より好ましくはFe、Co、Ni、Cr、Mn、Mo、Pd、Irまたはそれらを含む合金が適している。Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Mo、Pd、Irは、M−B結合(Bはほう素)の標準生成エンタルピーをHM−B、M−N結合(Nは窒素)の標準生成エンタルピーをHM−N、と表した場合、
M−B<HM−N 
という関係が成立し、窒化物よりもほう化物が形成しやすい。その結果、熱処理の初期段階においてほう素を含んだ金属粉末が形成され、窒素がガス状で上記金属粉末の周囲に均一に存在する場合には最終的に上記金属粉末に含まれるほう素と窒素とが結合して金属粒子の表面を均一に窒化ほう素で被覆することが容易である。金属酸化物(M)としては従来より状態図で示されているものでよく、例えばFeの場合はFe、Fe、FeOが挙げられる。
【0061】
また、ほう素供給源となる原料の粉末としてはほう素が適しているが、ほう素を含有する金属であってもよい。ほう素を含有する金属(M)としては、M−B結合の標準生成エンタルピーをHM−B、M−N結合の標準生成エンタルピーをHM−N、と表した場合、
M−B>HM−N 
という関係が成立するものが好ましく、Sc、Ti、V、Y、Zr、Nb、La、Hf、Taが挙げられる。ほう酸のように化合物中にほう素と酸素の結合が存在する化合物は、Bで代表されるほう素酸化物が熱力学的に安定となり、Bの供給源とはならないので好ましくない。
【0062】
(反応過程について)
FeとBが反応することにより、BN被覆Fe粒子、BNチューブ若しくはBNワイヤが生成する反応過程を説明する。図3は反応過程を模式的に示したものである。図3(1.)は原料の状態を表している。図3(2.)は反応の初期段階の様子を示している。すなわちBがFe中の酸素と結合してBが生成し、還元されたFe粒子がBの側近に存在している。Bは液相または気相状態となっている。さらに反応が進行した様子を図3(3.)に示す。この段階ではBがFeと反応することにより、Fe−B化合物が生成する。粉体の組織は図示したように、完全なFe−B化合物の粒、FeへのB拡散が不完全な粒、あるいはFeを芯部として表面付近をFe−B化合物とする粒などが存在する。さらに反応が進行すると図3(4.)に示したように、Fe−B化合物中のBが雰囲気中のN原子と反応しBNの核が粒子表面の至る所に生成する。これらBN核が成長する際、Bが粒子内部から表面へと拡散してくる。その結果、粒子内部はFeのみが残存し、BN被覆されたFe粒子が生成する。またBが過剰に存在する場合は、BNがFeを被覆するに留まらず、チューブ状もしくはワイヤ状となって伸びていく。図3(5.)はBN被覆Fe粒子およびBNチューブの模式図である。
【0063】
金属酸化物の粉末(a粉末)の平均粒径は0.001〜1μmが好ましい。平均粒径0.001μm未満の粉末は作製困難であり実用的でない。平均粒径が1μmを越えると粒の中心部まで酸素を十分に還元することができず、均一な金属粒子を得ることは容易ではない。ほう素粉末(b粉末)の平均粒径は0.01〜100μmが好ましく、さらに1〜50μmが好ましい。0.01μm未満の平均粒径のほう素粉末は高価であり実用的でない。また、平均粒径が100μmを越えると混合粉末中でのb粉末の分散に偏りが生じ、最終的に金属粒子を均一に被覆することが難しくなる。a粉末とb粉末との混合比は、b粉末が質量比で25〜95%の範囲となることが好ましい。b粉末の質量比が25%未満であると、ほう素が不足することにより金属酸化物の還元が不十分となる。ほう素粉末の配合比が95%を越えると還元される金属の体積率が極端に小さくなり実用的ではない。
【0064】
a粉末とb粉末の混合にはV型混合機や、粉砕機(例えば、ライカイ機のように粉砕と混合を兼ねる装置)や、乳鉢などを使用する。混合粉末はアルミナ、窒化ほう素等の耐熱るつぼに所定量を充填して所定の条件で加熱処理される。熱処理時の雰囲気は窒素ガス雰囲気またはアンモニアガス雰囲気またはそれらを含む混合ガス雰囲気中が好ましい。混合ガスはアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスとの混合でもかまわない。空気などの酸素を含むガスは還元反応の妨げとなるため適していない。熱処理温度は800℃〜1700℃が好ましく、さらに好ましくは1000℃〜1400℃の範囲が好ましい。1000℃未満では反応が完了するまでの所要時間が長くなる。800℃未満では反応自体が進行しない。非酸素雰囲気中で1400℃を越えると、炉部材として使用している酸化物セラミックスの分解により酸素が放出されることが懸念されると同時に例えばアルミナ製ルツボが短期間で破損する場合がある。1700℃を越えるとルツボだけでなく、設備自体に耐熱部材の使用が不可欠になり、製造コスト高となり工業化に適していない。
【0065】
つぎに、上記[11]乃至[20]のいずれかに係る本発明の実施の形態について、説明する。上記の[11]乃至[20]が関係する本発明は、遷移金属の金属粉末の原料として、Fe、Co、Niで代表される遷移金属の酸化物を選び、加熱したところ、600℃〜1600℃で酸化物が還元されると共にグラファイトを主体とする炭素が金属粒子の表面に形成されることを見いだした。また、金属粒子が炭素被膜に内包される構成も見出したものである。出発原料の構成元素である遷移金属、なかでもFe、Co、Niは、グラファイト層形成の触媒の役割を果たしていると考えられる。
【0066】
炭素供給源となる原料の粉末としては、グラファイトやカーボンブラック、天然黒鉛等の炭素粉が適しているが、炭素を含む化合物であってもよい。すなわち石炭や活性炭、コークスや脂肪酸、ポリビニルアルコールなどの高分子、B−C化合物、金属を含む炭化物であってもよい。従って、特許請求の範囲や課題を解決するための手段において、“炭素粉末”は、炭素粉や、炭素を含む化合物のいずれも包含する用語として用いている。ただし、被膜の炭素純度を高くするためには、炭素粉を用いるとよい。
【0067】
金属酸化物の粉末(a粉末)の平均粒径は0.001〜1μmが好ましい。平均粒径0.001μm未満の粉末は作製困難であり実用的でない。平均粒径が1μmを越えると粒の中心部まで酸素を十分に還元することができず、均一な金属粒子が得ることは容易ではない。また炭素粉末(b粉末)の平均粒径は0.01〜100μmが好ましく、さらには0.1〜と50μmが好ましい。0.1μm未満の平均粒径の炭素粉末は高価であり実用的でない。また、平均粒径が100μmを越えると混合粉末中でのb粉末の分散に偏りが生じ、最終的に金属粒子を均一に被覆することができなくなる。a粉末とb粉末との混合比は、b粉末が重量比で25〜95%の範囲となることが好ましい。b粉末の重量比が25%未満であると炭素が不足することにより還元反応が十分に進行しない。また粉末bの配合比が95%を越えると還元される金属の体積率が極端に小さくなり実用的ではない。平均粒径を0.001〜1μm、より望ましくは0.01μm〜0.1μmの範囲内とすることは、磁気記録媒体、磁気シールド、電子デバイス等に本発明の金属超微粒子を適用する上で望ましい。
【0068】
a粉末とb粉末の混合にはV型混合機や、粉砕機(例えば、ライカイ機のように粉砕と混合を兼ねる装置)や、乳鉢などを使用する。混合粉末はアルミナ、窒化ほう素、黒鉛等の耐熱ルツボに遷移金属酸化物および炭素化合物の所定量を充填して所定の条件で加熱処理される。熱処理時の雰囲気は不活性ガスであれば限定しないが、窒素ガスや、窒素を主要成分として含んだアルゴンガス等の不活性ガスとの混合雰囲気などを用いることができる。熱処理温度は600℃〜1600℃が好ましく、さらに好ましくは900℃〜1400℃の範囲が好ましい。900℃未満では反応が完了するまでの所要時間が長くなる。また600℃未満では反応自体が進行しない。また非酸素雰囲気中で1400℃を越えると炉部材として使用している酸化物セラミックスの分解により酸素が放出されることが懸念されると同時に例えばアルミナ製ルツボが短期間で破損する場合がある。1600℃を越えるとルツボのみならず設備自体に耐熱部材の使用が不可欠になり、製造コスト高となり工業化に適しない。
【0069】
次いで、上記[21]乃至[31]に関する発明の実施の形態を説明する。
上記[21]乃至[31]に係る本発明によると、遷移金属の酸化物(a粉末)とほう素粉末(b粉末)を窒素雰囲気中で800〜1700℃の温度で加熱すると、上記金属酸化物が窒化ほう素微小体形成の触媒の役割を果たし、平均直径0.5μm以下のワイヤ形状の窒化ほう素微小体粉末を製造できる。従来の技術に比べて窒化ほう素微小体を低温で製造することができる。
【0070】
a粉末の酸化物を構成する金属としては遷移金属またはそれら合金(特に磁性材料)が好ましく、より好ましくはFe、Co、Ni、Cr、Mn、Mo、Pd、Irまたはそれらを含む合金が適している。金属酸化物(M)としては従来より状態図で示されているものでよく、例えばMがFeの場合はFe、Fe、FeOが挙げられる。上記金属酸化物は窒化ほう素形成の過程で還元され、最終的には金属粒子となる。
【0071】
また、b粉末はほう素粉末の他に、ほう素を含有する金属粉末であってもよい。ほう素を含有する金属(M)としては、M−B結合(Bはほう素)の標準生成エンタルピーをHM−B、M−N結合(Nは窒素)の標準生成エンタルピーをHM−N、と表した場合、
M−B>HM−N
という関係が成立するものが好ましい。具体的には、Sc、Ti、V、Y、Zr、Nb、La、Hf、Taが挙げられる。
【0072】
金属酸化物の粉末(a粉末)の平均粒径は0.001〜1μmが好ましい。平均粒径0.001μm未満の粉末は作製困難であり実用的でない。また平均粒径が1μmを越えると粒の中心部まで酸素を十分に還元することができず、触媒として十分機能しない。またほう素粉末(b粉末)の平均粒径は0.01〜100μmが好ましい。0.01μm未満の平均粒径のほう素粉末は高価であり実用的でない。また平均粒径が100μmを越えると混合粉末中でのb粉末の分散に偏りが生じ、最終的に金属粒子を均一に被覆することが難しくなる。a粉末とb粉末との混合比は、b粉末が重量比で25〜95%の範囲となることが好ましい。b粉末の重量比が25%未満であるとほう素が不足して窒化ほう素の生成が不十分となる。また粉末bの配合比が95%を越えると粉末aが少なくなって触媒機能が低下し、窒化ほう素の形成が不十分となる。
【0073】
上記a粉末とb粉末の混合にはV型混合機や乳鉢などを使用する。混合粉末はアルミナ、窒化ほう素等の耐熱ルツボに所定量を充填して所定の条件で熱処理される。熱処理時の雰囲気は窒素ガス雰囲気または窒素ガスを含む混合ガス雰囲気中が好ましい。混合ガスにおいてはAr、He等の不活性ガスとの混合でもかまわない。空気などの酸素を含むガスは適していない。熱処理温度は800℃〜1700℃が好ましく、更に好ましくは1000℃〜1400℃の範囲が好ましい。1000℃未満では反応が完了するまでの所要時間が長くなる。800℃未満では反応自体が進行しない。不活性ガス雰囲気中で1400℃を越えると、炉部材として使用している酸化物セラミックスの分解により酸素が放出されることが懸念されると同時に例えばアルミナ製ルツボが短期間で破損する場合がある。1700℃を越えるとルツボのみならず設備自体に耐熱部材の使用が不可欠になり、製造コスト高となり工業化に適していない。
【0074】
上記方法によって得られた窒化ほう素粉末は、X線回折測定により結晶構造を同定すると図18のように六方晶の窒化ほう素(h−BN)と菱面体の窒化ほう素(r−BN)の二つのピークを検出できる。なお、図18は後述の実施例7で得た粉末を測定したものである。更にTEM観察により粉体組織を観察すると、図19のようにワイヤ状の窒化ほう素が形成していることが確認でき、格子像の観察からh−BNであることを同定した。
【0075】
次いで、上記[32]乃至[40]に関する発明の実施の形態について説明する。上記[32]乃至[40]に係る本発明によると、遷移金属の酸化物(a粉末)と炭素粉末(b粉末)を不活性ガス雰囲気中で600〜1600℃の温度で加熱すると、上記金属酸化物が炭素微小体形成の触媒の役割を果たし、平均直径0.5μm以下のワイヤ形状の炭素微小体粉末を製造できる。
【0076】
a粉末の酸化物を構成する金属としては遷移金属またはそれら合金(特に磁性材料)が好ましい。金属酸化物(M)としては従来より状態図で示されているものでよく、例えばMがFeの場合はFe、Fe、FeOが挙げられる。上記金属酸化物は炭素形成の過程で還元され、最終的には金属粒子となる。
【0077】
またb粉末としてはグラファイトやカーボンブラック、天然黒鉛等の炭素粉が適しているが、炭素を含む化合物であってもよい。すなわち石炭や活性炭、コークスや脂肪酸、ポリビニルアルコールなどの高分子、B−C化合物、金属炭化物であってもよい。
【0078】
金属酸化物の粉末(a粉末)の平均粒径は0.001〜1μmが好ましい。平均粒径0.001μm未満の粉末は作製困難であり実用的でない。また平均粒径が1μmを越えると粒の中心部まで酸素を十分に還元することができず、触媒として十分機能しない。また炭素粉末(b粉末)の平均粒径は0.01〜100μmが好ましい。0.01μm未満の平均粒径の炭素粉末は高価であり実用的でない。a粉末とb粉末との混合比は、b粉末が重量比で25〜95%の範囲となることが好ましい。b粉末の重量比が25%未満であると炭素が不足する。またb粉末の配合比が95%を越えるとa粉末が少なくなって触媒機能が低下する。
【0079】
上記a粉末とb粉末の混合にはV型混合機や乳鉢などを使用する。混合粉末はアルミナ、窒化ほう素等の耐熱ルツボに所定量を充填して所定の条件で熱処理される。熱処理時の雰囲気は不活性ガス雰囲気中が好ましい。空気などの酸素を含むガスは適していない。熱処理温度は600℃〜1600℃が好ましく、更に好ましくは900℃〜1400℃の範囲が好ましい。900℃未満では反応が完了するまでの所要時間が長くなる。600℃未満では反応自体が進行しない。不活性ガス雰囲気下で1400℃を越えると、炉部材として使用している酸化物セラミックスの分解により酸素が放出されることが懸念されると同時に例えばアルミナ製ルツボが短期間で破損する場合がある。1600℃を越えるとルツボのみならず設備自体に耐熱部材の使用が不可欠になり、製造コスト高となり工業化に適していない。
【0080】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明する。ただし、これら実施例により本発明が必ずしも限定されるものではない。
(実施例1)
平均粒径0.6μmのα−Fe粉(a粉末)5gと平均粒径30μmのほう素粉(b粉末)5gとを各々秤量し、b粉末の配合比が質量比で50%になるよう各粉末をV型混合機に投入して10分間混合した。この混合粉末をアルミナ製ボートに適量充填し、炉の中に配置し、流量が2(l/min)の窒素ガス気流中で、室温から3℃/minの速度で昇温した後、1100℃で2時間保持して室温まで炉冷した。熱処理前の混合粉末は赤黒色であったが、熱処理後の粉末は灰白色に変色していた。熱処理前後の各粉末についてX線回折測定(Cu,Kα線)を行なったところ、図1(熱処理前)および図2(熱処理後)に示すような回折パターンが得られた。上記熱処理を施した粉末からは主に六方晶の窒化ほう素(h−BN)の(002)ピークとα−Feの(110)ピークを検出した。リガク製解析ソフト「Jade5」を用いてFeの(110)ピークから計算したFeの粒子径は89nmであった。また、表1にX線回折パターンより検出した各相およびFeの粒子径をまとめた。さらに、この灰白色粉の磁気特性をVSMにて測定した結果を表2に示す。飽和磁化は後述する比較例2の値の20倍以上であり、X線回折測定の結果と合わせてFeがFeに還元されていることがわかる。さらに、この灰白色粉から永久磁石で吸い上げた粉末だけをPCT試験機にて湿度100%、120℃で24時間耐食試験を行なった後、灰化法によって酸素分析を行なった。得られた結果を表3に示した。
【0081】
(実施例2)
Fe粉代わりにFe粉(平均粒径0.5μm)を用いた以外は実施例1と同様にして灰白色粉末を作製し、X線回折、VSM測定およびPCT試験を行なった。
【0082】
(比較例1)
ほう素粉末(b粉末)の配合比を質量比で20%とした以外は実施例1と同様にして混合粉末を熱処理してX線回折、VSM測定を行なった。
(比較例2)
熱処理温度を500℃とした以外は実施例1と同様にして混合粉末を熱処理してX線回折、VSM測定を行なった。
(比較例3)
平均粒径20nmのFe粉(真空冶金株式会社製超微粒子)について、実施例1と同条件で耐食試験を行なった。結果を表3に示す。
【0083】
【表1】

Figure 2004124248
【0084】
【表2】
Figure 2004124248
【0085】
【表3】
Figure 2004124248
【0086】
(実施例3)
Niを含有するFeの酸化物の粉末5gと、ほう素粉5gをV型混合機に投入して混合した。この混合粉末をアルミナ製ボートに適量充填し、炉の中に配置し、流量が2(l/min)の窒素ガス気流中で、室温から3℃/minの速度で昇温した後、1100℃で2時間保持して室温まで炉冷した。熱処理後の粉末について観察したところ、窒化ほう素で表面を被覆した金属粒子を得た。組成分析したところ、金属粒子はNiを含有するFeであることがわかった。
【0087】
(実施例4)
金属粒子とBNまたはC分離操作について説明する。図4は、BN被覆金属粒子およびBN微小体の製造工程図を示すものである。被覆金属粒子を製造する場合、製造工程は図4のS1→S2→S3→S4となる。S2では原料の粉末を入れた窒化ほう素製ルツボ42を管状炉43中で熱処理した。S2で得られた熱処理粉末は被覆金属粒子と微小体の混合粉末41であるため、被覆金属粒子はS3、S4の分離精製の工程を経て回収された。S3工程では、熱処理粉末をアセトンやエタノールなどの有機溶媒で代表される媒体45中に分散させたものを洗浄槽44で攪拌させ、被覆金属粒子を自然沈降させた。攪拌の手段として洗浄槽44に超音波を印加すべく超音波洗浄装置46を用いた。なお、超音波印加に代えて、ガラス棒による手動攪拌やペンシルミキサーなどの攪拌機を攪拌の手段として使用したところ、十分に攪拌することができた。
【0088】
S4工程では、上澄み液47を取り除いて沈殿物を乾燥させることにより被覆金属粒子48が回収された。同時に上澄み液を乾燥させるとBN微小体が回収された。上記工程ではBN被覆金属粒子とBN微小体を同時に得ることが出来た。特にBN微小体のみを製造する場合、製造工程は図4のS1→S2→S5→S6としてもよい。S5工程は、塩酸や硫酸などの酸性溶液によって熱処理粉末中の金属粒子を溶解させる工程である。酸性溶液中に熱処理粉末を浸漬させた後、沈殿物を回収した。S6工程は、沈殿物を水洗した後、乾燥させる工程である。S5で得られた沈殿物に純水を適量注ぎ、ガラス棒などで攪拌した後、再び沈殿させて上澄み液を除去後、乾燥させることによりBN微小体が得られた。酸性溶液の完全除去のために、S6工程は数回繰り返すことが好ましい。なお上記製造工程は炭素で被覆された金属粒子および炭素微小体を製造する工程にも適用することができた。
【0089】
図5は、電子顕微鏡(TEM)で観察した本発明に係る粒子構造の顕微鏡写真であり、BN被覆したFe粒子を示している。図6は、図5の構造を模式的に説明するための概略図である。図6に示すように、Fe粒子1は周囲をBN膜2で被覆されている。BN被膜の様子をさらに拡大した写真を図7に示す。
【0090】
図7は、電子顕微鏡で観察した本発明に係る粒子構造の顕微鏡写真であり、BN被覆したFe粒子を示している。図8は、図7の構造を模式的に説明するための概略図である。図7に示すように、Fe粒子1の表面に被覆されたBN膜には、積層された結晶格子の縞模様が認められる。格子面3の部分は、格子面がFe粒子1の表面に沿って、複数の格子面がほぼ並行に積層されている。格子面4や格子面5の部分は、格子面同士が平行でない箇所を有するが、Fe粒子1の表面を十分に被覆していることがわかる。
【0091】
(実施例5)
平均粒径0.03μmのα−Fe粉(a粉末)5gと平均粒径20μmの炭素粉(b粉末)5gとをV型混合機に投入して10分間混合した。この混合粉末51を窒化ほう素製ルツボ52に適量充填し、管状炉53内に前記ルツボ52を設置して流量2l/minの窒素ガス気流中で、室温から3℃/minの速度で昇温した後、1000℃で2時間保持して室温まで3℃/minの速度で炉冷した。管状炉の構造は図17の概略図に示す。熱処理前後の各粉末についてX線回折測定(Cu,Kα線)を行なったところ、図9(熱処理前)および図10(熱処理後)に示すような回折パターンが得られた。上記熱処理を施した粉末からは主にグラファイトの(002)ピークとα−Feの(110)ピークを検出した。さらに上記熱処理後の粉末の磁気特性をVSM(試料振動型磁力計)にて測定した結果を表4に示す。飽和磁化は比較例4の値の100倍程度であり、X線回折測定の結果と合わせてFeがFeに還元されていることがわかる。上記熱処理後の粉末をPCT試験機(プレッシャークッカーテスト試験機)にて湿度100%、120℃、1気圧で24時間曝した後、粉末の含有酸素量を金属中酸素・窒素・水素分析装置(堀場製EMGA−1300)にて分析した。酸素量の分析結果を表5に示した。PCT試験後も酸素量の増分がなく、Fe粉表面がグラファイト膜で被覆されていることを裏付ける。なお、上記金属中酸素・窒素・水素の分析は、黒鉛ルツボに試料粉末0.5gを充填し、ルツボを2000〜3000℃へ急速加熱することにより試料中のO,N,Hを熱分解し、ガスクロマトグラフと熱伝導度検出器により、発生したCO,N,HOガスを検出することによってO,N,Hの含有量を分析する方法である。
【0092】
(比較例4)
熱処理温度を500℃とした以外は実施例5と同様にして混合粉末を熱処理してX線回折、VSM測定、PCT試験を行なった。X線回折パターンは熱処理前後で変化がみられず、反応が進行していない。飽和磁化の値も殆ど変化していない。
【0093】
(比較例5)
平均粒径0.02μmのFe粉(真空冶金株式会社製超微粒子)を実施例5と同条件で耐食試験を行なった。飽和磁化は純鉄の値(約260×10−6wb・m/kg)の30%程度まで低下している。
【0094】
【表4】
Figure 2004124248
【0095】
【表5】
Figure 2004124248
【0096】
図11は、TEM(透過型電子顕微鏡)で観察した実施例5に係る金属超微粒子の構造の顕微鏡写真である。TEM観察するにあたり、必要とされる試料調整以外、粒子への損傷や変異などを与える加工は一切施していない。図12は、図11の構造を模式的に説明する概略図であり、若干拡大している。金属超微粒子11は、α−Feの粒子12の表面が全て所定の厚さのグラファイト薄膜20で被覆された粒子である。この被覆はα−Feの粒子12の表面を保護しており、効果的に酸化防止している。グラファイト薄膜20の外側に散在する凸部21,21bは、グラファイトの異層が成長したものか、異物が付着したもののいずれかと推定される。α−Feの粒子11自体の明暗のパターン13a,13b,13cは、α−Feの粒子11の形状(略球形)に起因する干渉パターン(2点鎖線で表示)である。α−Feの粒子の両端では、グラファイト薄膜の境界14が若干不明瞭に撮影されているため、点線で表示した。これは略球形の形状により全てに焦点を合わせることが難しいためであり、実際の形状が不明瞭になっている訳ではない。1点鎖線で輪郭を表示した領域は、金属超微粒子11をTEM観察のサンプルホルダーに固定させるためのコロジオン膜15である。符号16の線と符号は、その3本線の長さが20nmに相当するスケールである。図11を撮影した際のスケールをコピーして図12に付け加えた。
【0097】
図13は、TEM(透過型電子顕微鏡)で観察した本発明に係る粒子構造の顕微鏡写真であり、図11の左下半分近傍を拡大してグラファイト薄膜20の様子を説明するものである。図13の構造を図14の概略図で模式的に説明する。グラファイト薄膜20は、グラファイトの結晶構造を主として構成されている。例えば、格子縞20a,20b,20cは、グラファイトの層状格子面を表しており、格子縞の間隔がほぼ等間隔であり、α−Feの粒子12の表面に対してほぼ平行に配列している。
【0098】
ただし、α−Feの粒子は球状であって、その表面には多少の凹凸があることから、グラファイト薄膜の一部には、格子縞20fのようにα−Feの粒子12の表面に対して傾斜している箇所もある。格子縞20fは他の格子縞20eを派生し、さらに、格子縞20dとなっている。線の図示を省略したが、格子縞20dはα−Feの粒子12の表面に対してほぼ平行に配列している。このように、グラファイト薄膜には、層状格子面の配列の向きが変化したり、配列の状態が不鮮明になる箇所(梨地模様に見える箇所)が存在するが、隣接する結晶構造同士で整合を取ったり、α−Feの粒子12の表面に対して結晶構造の面が平行になるように成長するために、ほぼ均一なグラファイト薄膜の被覆が構成されている。
【0099】
図14のグラファイト薄膜20において、格子縞の一部を実線や点線で模式的に図示している。図示を省略しているが、空白の部分にも結晶構造は存在する。また、α−Feの粒子12の表面とグラファイト薄膜20の間には、中間層25があると推定されるが、その詳細は図15及び図16にて説明する。
【0100】
図15は、TEM(透過型電子顕微鏡)で観察した本発明に係る粒子の構造の顕微鏡写真であり、図13のグラファイト薄膜20近傍をさらに拡大した写真である。図16は、図15の構造を模式的に説明する概略図であり、若干拡大している。α−Feの粒子12では、矢印aの向きに沿って格子縞24が見られ、α−Feの特有の結晶面を示している。Fe原子の並びが数珠つなぎになっている様子を克明に模写することは難しいので、点線で表示した。α−Feの粒子12の表面近傍では、前記の矢印aに沿った格子縞が崩れているが、その配列の端が平坦な面を構成しており、グラファイトの結晶が徐々に成長していく起点(グラファイトの成長層)となっている。以下、これらの領域を中間層25と称する。中間層25を経てグラファイト薄膜20は成長し、形成される。
【0101】
図16に示すように、α−Feの粒子12の表面が比較的滑らかな球面(平坦面)であれば、グラファイトの層状格子面22は矢印dに沿った面となり、規則的に平行に配列しながら成長するため、緻密で非常に薄い被覆を構成する。ここで、緻密とは規則的な格子面が積層している部分を有することを指す。矢印dに垂直な方向に、層状格子の面が、15〜17層積層して非常に薄く被膜を構成していた。中間層25の厚さは、グラファイトの層状格子面22の間隔で言うと、1〜2層に見える。成長し始めたグラファイトの結晶面も中間層に含めると、中間層15の厚さは、グラファイトの層状格子面22の間隔でいうと、2〜4層程度である。
【0102】
転位した箇所23は、結晶成長にズレが生じ、結晶構造が不連続化した部分と推定される。層状格子が成長して積層構造となるときに、格子の欠陥に起因して、ある部分の成長が1層分遅れたとする。ある部分の成長が再開されたとき、ある部分のn−1層目の格子面と隣接する部分のn層目の格子面が結合して1つの面(転位した面)を構成することがある。転位した面の発生率は高くなく、被膜全体でみると均一で緻密な薄膜といえる。なお、グラファイト薄膜20の表面には凸部21bが存在するが、図16の写真では鮮明には撮影されなかったため、それらしき箇所を点線で表示した。
【0103】
(実施例6)
平均粒径0.03μmのヘマタイト(Fe)粉末3gと平均粒径26μmのほう素粉末7gをV型混合機に投入して10分間混合した。この混合粉末121を窒化ほう素製の坩堝122に充填して管状電気炉123に設置し、流量2(l/min)の窒素ガス気流中で、室温から3(℃/min)の速度で昇温した後、1100℃で2時間保持して室温まで炉冷した。熱処理前の混合粉末は赤黒色であったが、熱処理後の粉末は灰白色に変色していた。熱処理後の粉末についてX線回折測定(Cu,Kα線)を行なったところ、図17に示すような回折パターンが得られ、上記熱処理を施した粉末からは六方晶の窒化ほう素(h−BN)と菱面体の窒化ほう素(r−BN)、およびα−Feの回折ピークを検出した。窒化ほう素とFeを分離するため、アセトン500cc(0.5×10−3)の中に上記粉末5gを投入して5分間超音波洗浄を施し、上澄み液と沈殿物を分離した。上澄み液127をドラフト内で更に24時間放置してアセトンを乾燥させ、窒化ほう素粉末128(重量6g)を回収した。
【0104】
この窒化ほう素粉末を透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察したところ、図19の写真に示すようなワイヤ状の組織が観察された。格子像を解析すると、この窒化ほう素ワイヤは菱面体構造であった。流量の単位は(l/min)≒約16.7×10−6(m/s)に相当する。実施例6の製造工程は、粉末混合工程(S11)、雰囲気中熱処理工程(S12)、粉末を分散させた媒体への超音波印加工程(S13)、窒化ほう素微小体の分離・乾燥工程(S14)を有し、図22の工程フローと概略図に対応する。同図中、符号124は洗浄槽、符号126は超音洗浄機、符号125は熱処理後の粉末を分散させた溶媒(アセトン)に相当する。なお、生成した粒子を分散させるべく超音波を印加できるのであれば、洗浄機に限らず使用することができる。
【0105】
図20は、図19の写真の構造を模写した概略図であり、ワイヤ状の窒化ほう素微小体を示す。この窒化ほう素微小体101は、内部に空洞102を有するチューブ103が多数個連結して、長い屈曲したチューブ状を構成している。一方の端はチューブ103の構造で終端されている。他方の端は、チューブ103であるr−BN組織と、h−BN的な部位112bが混在した組織を経て、h−BN組織112で終端されている。図20中、点線で表示した曲線は、電子顕微鏡のサンプルホルダーに窒化ほう素微小体101を固定するためのコロジオン膜の外延を表している。図20の方形の囲いの右外の線と文字は、線の長さが200nmの寸法に対応することを示す。
【0106】
図21は、図20中の窒化ほう素チューブのみを抜粋・拡大した概略図である。チューブの先端近傍111は、チューブの途中の部分と重なって見えており、明瞭ではない為に先端が閉鎖されているかは定かでない。この先端近傍から、空洞102とそれを囲うチューブ103の構造が続いており、途中、チューブ間の節104と考えられる部位や、チューブの厚さが厚いか斜めに観察する為に厚く見える箇所と考えられるコブ105が存在する。連続するチューブの向きは、例えば屈曲部110で大きく屈曲しているように見える。チューブの厚さは必ずしも一様に見えておらず、コブ105や節だけでなく、複雑な線や脈理に見える構造を伴いながら空洞102を形づくっている。チューブ構造は先端近傍111から節104bまで明瞭に観察され、チューブの直径は0.12〜0.20μm(120〜200nm)である。この辺りは結晶組織が複雑であるため、r−BNとh−BNが混在しているか、混相となっていると推測される。異相の混在は、チューブの屈曲と関係すると考えられる。明瞭にパイプ状に見えるチューブ103の結晶構造を拡大観察すると、原子の並びが3層周期を繰り返すr−BNとなっており、その周期の繰り返し方向は、チューブの直径方向を向いている。
【0107】
(実施例7)
平均粒径0.03μmのα−Fe粉(a粉末)5gと平均粒径20μmの炭素粉(b粉末)5gとをV型混合機に投入して10分間混合した。この混合粉末251を窒化ほう素製ルツボ252に適量充填し、管状炉253にて流量2l/minの窒素ガス気流中で、室温から3℃/minの速度で昇温した後、1000℃で2時間保持して室温まで3℃/minの速度で炉冷した。流量の単位は(l/min)≒約16.7×10−6(m/s)に相当する。
【0108】
熱処理前後の各粉末についてX線回折測定(Cu,Kα線)を行なったところ、図23(熱処理前)および図24(熱処理後)に示すような回折パターンが得られた。上記熱処理を施した粉末からは主にグラファイトの(002)ピークとα−Feの(110)ピークを検出した。図24にて、○印はグラファイトの結晶構造に対応するピークであり、■印はα−Feの結晶構造に対応するピークであり、横軸は回折角度の2θ(°)、縦軸は回折X線の強度(cps)である。グラファイトの最大強度のピークは半値幅が約0.2°となっており、熱処理後の粉末の結晶性はよい。さらに、図23と図24に対応した熱処理前後の粉末について磁気特性をVSM(試料振動型磁力計)にて測定した所、飽和磁化は前者で1.30×10−6Wb・m/kg、後者で131×10−6Wb・m/kgであった。以上より、FeがFeに還元されていることがわかる。
【0109】
上記熱処理後の粉末をTEM(透過型電子顕微鏡)観察した所、図25に示すようなチューブ状の微小体が確認された。図25は電子顕微鏡で観察した本発明に係る粒子構造の顕微鏡写真である。EDX(エネルギー分散型X線検出器)による組成分析の結果、微小体の先端の黒色粒子はFeであり、チューブはC(炭素)であることが判明した。
【0110】
図26は、図25の写真の構造に対応する概略図である。炭素微小体201は、Fe粒子202をベースにして炭素のチューブ203が曲線状に成長した構造である。チューブ203の内部には複数の節204が存在し、対向する節とチューブの壁203bに囲われた領域は空洞205を構成する。チューブ203の他端は閉じられており、先端部206となっている。この炭素微小体201において、チューブの成長方向が曲がっていることは、チューブの壁の厚さや節の間隔が均一ではないことと関係すると考えられる。特に、チューブの壁203c,203eの箇所はチューブの厚さが薄い。
【0111】
もう一つの炭素微小体207は、Fe粒子208をベースにして炭素のチューブ209が曲線状に成長するとともに、先端に他のFe粒子213を包含する構造である。チューブ209の内部には複数の節210が存在し、対向する節とチューブの壁に囲われた領域は空洞211を構成する。Fe粒子213の近傍にあるFe粒子220はチューブの壁220等により隔てられているように見える。この炭素微小体207にて、Fe粒子213はチューブの成長当初から付いていたものか、チューブが成長した過程で取り込んだものかは定かでない。なお、Fe粒子208やチューブの壁212は、炭素微小体201と重複して見えているだけで、接続はされていない。さらに、他のFe粒子214は単独で存在している。同図中、直線若しくは屈曲した一点鎖線は原料の炭素215,216の輪郭を表している。曲線状の一点鎖線は炭素微小体等を電子顕微鏡のサンプルホルダーに固定するためのコロジオン膜217,218の輪郭を表している。符号219は、図26の寸法を判りやすくするために記入したスケール表示であり、元の図25にそのような構造がある訳ではない。スケール表示の3本線の長さは100nmに相当する。
【0112】
図25の写真に基づいて、各々の炭素微小体の外径Roと内径Riの比を測定した。任意の箇所について測定し、(Ri/Ro)=0.67、0.75、0.40、0.69、0.57、0.63、0.75、0.44というようなデータを得た。実施例8の条件を変えて炭素微小体を製造すると、平均外径や平均内径も変えることができることができた。これらの条件変更を考慮すると、(Ri/Ro)の上限を0.8とすることができる。
【0113】
図27は、電子顕微鏡で観察した本発明に係る粒子構造の顕微鏡写真である。図25において、Fe粒子202とチューブ203の接合箇所の近傍を拡大したものである。図28は、図27の写真の構造に対応する概略図である。なお、図28は、説明し易くするために、図27の結晶組織の主要な部分のみを実線や点線に代えて表現した。従って、点線でハッチングした領域の周囲が空白であったとしても、その部分は記載を省略しているだけである。
【0114】
図28によると、Fe粒子202では、ほとんどの領域で特定の結晶面に沿った表面を有するように見える組織となった。以下、Fe主相220,221と称する。Fe主相220の左側には、配列の面の向きが異なる相225や、梨地模様に見える異相226などが観察された。なお、平行に配置した点線でFe主相220等を表現したが、点間隔や線間隔は必ずしも図27と一致するものではない。線の配列の向き等を判り易く説明するために描いたものである。
【0115】
図28中の炭素のチューブについて説明する。仮想的な境界線227およびFe主相221から先にはチューブ203が生成されている。筒状のチューブの壁の中が節236、239で仕切られた構造であることが判る。節236とFe粒子202とチューブの壁で囲われた領域、または節236,239とチューブの壁で囲われた領域は空洞となった。
【0116】
チューブの壁は、結晶の配列がグラファイト構造的な相を主として構成されている。以下、グラファイトとそれに類似の組織を併せてグラファイト相と称する。グラファイト相は、結晶の配列が特定の面に沿って積層したように見えるという点で、Feよりも明瞭である。チューブの壁の成長方向に対してグラファイト相230,231,232,233,237,238,240の面は、平行若しくは略平行と言える。これらに対して、節236,239ではグラファイト層の面は、チューブの壁の成長方向に対して直交若しくは略直交と言える。節236の左側の付け根では、グラファイト層の向きが下向きの層234と上向きの層235にY字状に分かれており、樹木の幹と枝の如き組織を呈している。節239の付け根はチューブの壁にほぼ直交しており、節の組織は少なくとも2通りあると考えられる。グラファイト相242は架橋もしくは節と考えているが、他の構造体のグラファイト相242が紛れこんでいるため、断定はできない。
なお、グラファイト層の原子配列の積層の様子は、グラファイト層235,238や節236,239に表現したように間隔が狭い。全ての層を同様に図示すると複雑になるため、他の部分では層の数を減らして図示した。また、一層一層が明瞭に判る場合には線で図示したが、途切れ途切れで続いているように見える場合には、点線で表示した。
【0117】
上記熱処理後の粉末5gをアセトン500ccの中に投入して5分間超音波洗浄を施し、上澄み液と沈殿物を分離した。上澄み液257をドラフト内で更に24時間放置してアセトンを乾燥させ、炭素微小体の粉末258を得た。粉末258は粗大遷移金属粒子等を除くことにより、炭素微小体の割合を向上させたものである。
【0118】
実施例7の製造工程は、粉末混合工程、雰囲気中熱処理工程、粉末を投入した媒体への超音波印加(分散工程)、粗大遷移金属粒子などの分離および乾燥工程を有し、図29の工程フローと概略図に対応する。同図中、符号254は洗浄槽であり、符号255は熱処理後の粉末を分散させた溶媒(アセトン)であり、符号256は超音波洗浄装置に相当する。なお、生成した各粒子を溶媒中に分散させるべく超音波を印加できるものであれば、洗浄装置に限らず使用することができる。
【0119】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の金属超微粒子およびその製造方法を用いることにより、安全且つ簡便で工業的利用に適した被膜を金属粒子表面に付与した金属超微粒子を得ることができる。さらに、金属超微粒子を製造する際に副生成物に係る微小体とその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱処理前の混合粉末のX線回折パターンを示すグラフである。
【図2】熱処理後の混合粉末のX線回折パターンを示すグラフである。
【図3】FeとBが反応することにより、窒化ほう素被覆Fe粒子等が生成する反応過程を説明する概略図である。
【図4】窒化ほう素被覆金属粒子および窒化ほう素微小体の製造工程図である。
【図5】電子顕微鏡で観察した本発明に係る粒子構造の顕微鏡写真である。
【図6】図5の構造を模式的に説明するための概略図である。
【図7】電子顕微鏡で観察した本発明に係る粒子構造の顕微鏡写真である。
【図8】図7の構造を模式的に説明するための概略図である。
【図9】熱処理前の混合粉末のX線回折パターンを示すグラフである。
【図10】熱処理後の混合粉末のX線回折パターンを示すグラフである。
【図11】電子顕微鏡で観察した本発明に係る粒子構造の顕微鏡写真である。
【図12】図3の構造を模式的に説明するための概略図である。
【図13】電子顕微鏡で観察した本発明に係る粒子構造の顕微鏡写真である。
【図14】図5の構造を模式的に説明するための概略図である。
【図15】電子顕微鏡で観察した本発明に係る粒子構造の顕微鏡写真である。
【図16】図7の構造を模式的に説明するための概略図である。
【図17】実施例1の製造工程で用いる管状炉の概略図である。
【図18】本発明の粉末のX線回折パターンを示すグラフである。
【図19】電子顕微鏡で観察した本発明に係る粒子構造の写真である。
【図20】図19の写真の構造に対応する概略図である。
【図21】図20の一部を拡大した概略図である。
【図22】実施例6の製造工程を説明するフロー及び概略図である。
【図23】熱処理前の混合粉末のX線回折パターンを示すグラフである。
【図24】熱処理後の混合粉末のX線回折パターンを示すグラフである。
【図25】電子顕微鏡で観察した本発明に係る粒子構造の顕微鏡写真である。
【図26】図25の写真の構造に対応する概略図である。
【図27】電子顕微鏡で観察した本発明に係る粒子構造の顕微鏡写真である。
【図28】図27の写真の構造に対応する概略図である。
【図29】実施例7の製造工程を説明する工程フロー及び概略図である。
【符号の説明】
1 Fe粒子、 2 BN被膜、 3 格子面、 4 格子面、
5 格子面、
11 金属超微粒子、 12 α−Feの粒子、
13a 13b 13c パターン、
14 グラファイト薄膜の境界、 15 コロジオン膜、
16 スケール、 20 グラファイト薄膜、
20a 20b 20c 格子縞、
20e 格子縞、 20d 格子縞、 20f 格子縞、
21 21b 凸部、
22 層状格子面、
23 転位した箇所、 24 格子縞、
25 中間層、 27 グラファイトの成長層、
41 混合粉末、 42 窒化ほう素製ルツボ、 43 管状炉、
44 洗浄槽、 45 媒体、 46 超音波洗浄装置、
47 上澄み液、 48 被覆金属粒子、
51 混合粉末、 52 窒化ほう素製ルツボ、 53 管状炉、
101 窒化ほう素微小体、 102 空洞、 103 チューブ、
104 104b 節、
105 コブ、 110 屈曲部、 111 先端近傍、
112 h−BN組織、 112b h−BN的な部位、
113 コロジオン膜、 121 混合粉末、 122 坩堝、
123 管状電気炉、 127 上澄み液、 128 窒化ほう素粉末、
201 炭素微小体、 202 Fe粒子、 203 チューブ、
203b チューブの壁、
203c 203e チューブの壁、
204 節、 205 空洞、 206 先端部、
207 炭素微小体、 208 Fe粒子、 209 チューブ、 210 節、
211 空洞、 212 チューブの壁、 213 Fe粒子、
214 Fe粒子、
215 216 原料の炭素、
217 218 コロジオン膜、
219 スケール表示、 220 Fe粒子、
220 221 Fe主相、
224 227 仮想的な境界線、
225 配列の面の向きが異なる相、 226 梨地模様に見える異相、
230 231 232 233 237 238 240 グラファイト相、
234 235 グラファイト相、
236 239 節、
241 グラファイト相、 242 他の構造体のグラファイト相、
251 混合粉末、 252 窒化ホウ素製ルツボ、 253 管状炉、
254 洗浄槽、 255 熱処理後の粉末を分散させた溶媒、
256 超音波洗浄装置、 257 上澄み液、 258 炭素微小体の粉末[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal particle used as a raw material of a magnetic recording medium such as a magnetic tape or a magnetic recording disk, or an electronic device (a soft magnetic body such as a yoke) such as a radio wave absorber, an inductor, and a printed circuit board, and a method of manufacturing the same. Further, the present invention relates to a microparticle which is a by-product when forming metal particles and a method for producing the microparticle.
[0002]
[Prior art]
As electronic devices become smaller and lighter, the raw materials constituting the electronic devices themselves are required to be reduced in size to nanometers. At the same time, high performance devices must be realized. For example, for the purpose of improving the magnetic recording density, it is required to simultaneously make the magnetic particles coated on the magnetic tape nano-sized and to improve the magnetization.
[0003]
Conventionally, ferrite powder has been mainly used for magnetic recording media, but has a problem that magnetization is small and signal intensity is low. In order to obtain sufficient output characteristics, metal magnetic particles represented by Fe and Co are suitable. For example, if the particle diameter is reduced to 1 μm or less for higher recording density, the metal particles are less susceptible to oxidation. Since it is active, the oxidation reaction proceeds violently in the atmosphere, and some or all of the metal is transformed into an oxide and the magnetization is reduced. In order to improve the handling of fine metal particles, a method of coating the surface of magnetic particles containing Fe and Co with a ferrite layer (for example, Patent Document 1) and a method of coating the surface of Fe powder with graphite (for example, Patent Document 2) ) Etc. have been proposed.
[0004]
In the case of metal particles having a particle size of 1 μm or less as in the above example, a coating is applied to the surface of the particles so that the particles do not directly contact the atmosphere (oxygen) in order not to impair the function as a metal. It is essential. However, the method of covering the surface with a metal oxide as in Patent Literature 1 oxidizes and deteriorates the metal to a considerable extent.
Further, when metal particles are coated with graphite as in Patent Document 2, in order to form a state in which metal melts carbon, heat treatment must be performed at an extremely high temperature of 1600 ° C. to 2800 ° C. No. Carbonization of metal and CO of graphite2Is concerned. As a coating method that solves these problems, there is a method of coating metal particles with boron nitride (BN) (for example, Non-Patent Document 1). BN is a material used for a “crucible” and has a high melting point of 3000 ° C., excellent thermal stability, and low reactivity with metals. In addition, it has an insulating property. The method of providing the metal particles with the BN coating includes (1) heating the mixed powder of metal and B by arc discharge in a nitrogen atmosphere, or (2) heating the mixed powder of metal and B in a mixed atmosphere of hydrogen and ammonia. Heating or (3) heat treating a mixture of metal nitrate, urea and boric acid in a hydrogen atmosphere.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-30920 (pages 9 to 11, FIG. 2)
[Patent Document 2]
JP-A-9-143502 (pages 3 and 4, FIG. 5)
[Non-patent document 1]
"International Journal of Inorganic Materials 3 2001", 2001, p. 597
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above methods for producing a BN film, since the production methods (1) and (2) use metal particles as a raw material, there is a danger of ignition due to a rapid oxidation reaction, particularly when handling ultrafine particles having a particle diameter of 1 μm or less. In the production method (3), since the metal nitrate is thermally decomposed, a toxic gas (NOx) Occurs. In addition, the method using the arc discharge in the production method (1) is not suitable for industrial use because the reaction temperature is as high as 2000 ° C. in addition to the low throughput and low productivity. Further, the hydrogen gas used in the production methods (2) and (3) has a risk of explosion, and is not preferably used industrially. Further, the coated metal particles obtained by the conventional technique have a problem that a part of the metal particles is modified to cause deterioration of saturation magnetization.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors have conducted intensive studies on metal ultrafine particles in which a film suitable for industrial use is coated on a metal particle surface by a safe and simple method and a method for producing the same. As a result, the present invention has been completed. I came to.
[0008]
[1] The ultrafine metal particles of the present invention are metal particles obtained by reducing a metal oxide, and the surfaces of the metal particles are coated with boron nitride and have an average particle size of 1 μm or less. There is a feature. Desirably, the average particle size is in the range of 0.001 to 1 μm. For example, ultrafine metal particles having an average particle diameter of 0.2 to 0.5 μm and excellent in oxidation resistance can be obtained. More preferably, the average particle size is from 0.01 μm to 0.1 μm. When the particle diameter is 0.1 μm or less, the effect of preventing oxidation by coating the surface with boron nitride is particularly prominent.
[0009]
The average particle diameter can be determined, for example, by dispersing the sample powder in a solvent, irradiating a laser beam, and measuring the average particle diameter using diffraction (first method). Alternatively, it can be determined by an air permeation method (for example, a Fischer-sub-sieve sizer (FSSS) method) (second method). In order to obtain high measurement accuracy, it is preferable to use a commercially available measurement device using the first method. When the average particle size is difficult to measure with the first and second methods because the amount of the sample is very small, the sample is observed with an electron microscope to measure the average particle size (the third method). ). For example, take an electron micrograph of the sample. Measure the average particle size of the metal ultra-fine particles in an arbitrary area in the photograph and calculate the average value, or draw a line segment of any length in the photograph and measure the length of the part that crosses the particle of the line segment The average particle diameter is determined as L / N from the sum L of the particles and the number N of the particles crossed by the line segment. However, in the third method, an average value of at least 50 or more particles is obtained.
[0010]
In the present invention, it is desirable that all of the fine particles are coated with boron nitride (or carbon), but it is not always necessary that all of the particles are coated. Further, the surface of the ultrafine particles is desirably coated with boron nitride (or carbon), but need not necessarily be composed of only particles whose surface is completely coated with boron nitride (or carbon). The description of the numerical range in the specification and the claims of the present application is, for example, a description that "the particle size is 0.001 to 1 μm" means "the particle size is in the range of 0.001 μm or more and 1 μm or less." Is used as equivalent to the expression
[0011]
[2] In the above [1], the metal oxide is an oxide containing a transition metal. The metal particles are desirably selected from Fe, Ni, Co, and an alloy containing at least one of them. Examples include Fe particles coated with boron nitride, Ni particles coated with boron nitride, FeNiCo particles coated with boron nitride, NiFe particles coated with boron nitride, and the like.
[0012]
[3] In the ultrafine metal particles according to the above [1] or [2], the boron nitride has a mainly h-BN crystal structure.
[0013]
[4] In the ultrafine metal particles according to any one of [1] to [3], the boron nitride is a film having a thickness of 100 nm or less. Here, the film thickness corresponds to the distance between the surface of the particle to be coated and the surface of the thin film to be coated. More preferably, the thickness can be reduced to 20 nm or less.
[0014]
[5] In the metal ultrafine particles according to any one of the above [1] to [4], the boron nitride has a crystal lattice plane or a lamination plane of two or more layers. More preferably, the film has a lattice plane or a lamination plane of four or more layers. Here, it is preferable that boron nitride is mainly composed of hexagonal crystal, and the lattice plane or lamination plane of the crystal is a hexagonal c-plane (that is, (002) plane). It is preferable that the lattice plane or the lamination plane of the crystal is formed along the plane of the metal particles.
[6] In the above item [5], an intermediate phase may be provided in the particles or boron nitride.
[0015]
[7] In any one of the above [1] to [6], the main component of the metal superparticle is a magnetic metal element, and the saturation magnetization of the metal ultrafine particle is the saturation magnetization of the magnetic metal element. 10% or more and less than 100%. With respect to the above [7], when the core of the ultrafine metal particles is composed of magnetic particles, the boron nitride film covering the nuclei can be made extremely thin, 30 nm or less. Therefore, the volume ratio occupied by the magnetic particles in the ultrafine metal particles can be increased, and the decrease in the saturation magnetization of the ultrafine metal particles can be suppressed as compared with the related art. In a particle composed of a transition metal or an alloy containing a transition metal, a boron nitride film is coated on the particle when the saturation magnetization inherent to the material of the main component responsible for the magnetic property of the particle is set as a reference (ie, 100%). The saturation magnetization of the ultrafine metal particles can have a magnitude of 10% or more with respect to the above reference.
[0016]
[8] In any one of the above [1] to [7], after heat-treating under the conditions of 100% humidity, 120 ° C, 1 atmosphere and 24 hours, heat-treat the oxygen content (mass%) before heat treatment. The subsequent mass increment of oxygen is not more than 50%. Even if the surface of the ultrafine metal particles is not completely covered with the boron nitride film, that is, even if the coating is locally thinned, it can be used. However, since it is difficult to prevent the progress of oxidation during long-term storage, it is desirable to completely cover the surface of the ultrafine particles with a boron nitride film.
[0017]
In the specification and the claims of the present application, mass%, that is, mass percentage (% by mass) indicates a composition ratio by mass of a substance. That is, it indicates how much each elemental component is contained with respect to the unit mass of the metal ultrafine particle.
The method of measuring the mass% of each composition is, for example, to rapidly decompose oxygen and the like in the sample by rapidly heating the sample powder to 2000 to 3000 ° C., and to generate oxygen gas by a gas chromatograph and a thermal conductivity detector. Alternatively, it is a method of analyzing the oxygen content by detecting an oxygen-containing gas. Since the metal ultrafine particles according to the present invention are particularly excellent in oxidation resistance, even if the above-described humidification / heating treatment is performed, an increase in the oxygen mass after the treatment relative to the oxygen content before the treatment is suppressed. .
[0018]
The magnetic particles may contain impurities or unavoidable impurities (elements originally contained in the raw materials) contained in the mixing of the raw materials to such an extent that the magnetic characteristics are not extremely deteriorated.
In the X-ray diffraction pattern, at least one of the peak having the highest intensity (Intensity (cps)) and the second peak having the highest intensity (intensity (cps)) is an element constituting the metal particle (excluding the coating). ) Peaks. More preferably, the peak of the oxide of the element (excluding BN) constituting the particles is sufficiently smaller than the third highest peak or not detected at all.
[0019]
[9] The method for producing ultrafine metal particles according to the present invention is characterized in that a powder obtained by mixing a powder containing a metal oxide and a powder containing boron is heat-treated in an atmosphere containing nitrogen, whereby the ultrafine metal particles are produced. In the method for manufacturing, the ultrafine metal particles are metal particles coated with boron nitride. The metal oxide preferably contains a transition metal (more preferably, it is composed of a transition metal oxide). The metal particles coated with the generated boron nitride preferably have an average particle diameter of 1 μm or less. The “atmosphere containing nitrogen” corresponds to an atmosphere selected from a mixed gas of an inert gas such as nitrogen gas and argon and a nitrogen gas.
[0020]
In the production method of the above [9], more preferably, a powder obtained by mixing particles containing iron oxide and particles containing boron is heat-treated in an atmosphere containing nitrogen to reduce the iron oxide to at least one of iron and an iron boron compound. By reducing to seeds to produce boron oxide, it finally produces at least one type of particle of iron or iron nitride, the surface of which is coated with boron nitride. And
[0021]
The method for producing ultrafine metal particles according to the above [9] is characterized in that the step of reducing the metal oxide particles and the step of coating the surfaces of the metal particles with a boron nitride film are performed in one heat treatment step. The production method of the present invention is superior to the production method of the comparative example described later in that it hardly contains oxygen. The manufacturing method of the comparative example is that, after producing ultrafine metal particles, an inert atmosphere containing oxygen at a low concentration is gradually supplied to the ultrafine metal particles in order to avoid spontaneous ignition and combustion (oxidation). This is a method for producing ultrafine particles that forms a thin oxide film on the surface.
[0022]
[10] In the above [9], the heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C or higher. More preferably, it is carried out within the range of 800 to 1700 ° C.
[0023]
[11] The other ultrafine metal particles of the present invention are metal particles obtained by reducing a metal oxide, wherein the surfaces of the metal particles are coated with carbon and have an average particle diameter of 1 μm or less. There is a feature. Desirably, the average particle size is in the range of 0.001 to 1 μm. For example, ultrafine metal particles having an excellent oxidation resistance such as an average particle diameter of 0.2 to 0.5 μm can be obtained. More preferably, the average particle size is from 0.01 μm to 0.1 μm. When the particle size is 0.1 μm or less, the effect of preventing oxidation by coating the surface with carbon is particularly prominent.
[0024]
[12] In the above [11], the metal oxide is an oxide containing a transition metal. The metal particles are desirably selected from Fe, Ni, Co, and an alloy containing at least one of them. Examples include Fe particles coated with carbon, Ni particles coated with carbon, FeNiCo particles coated with carbon, NiFe particles coated with carbon, and the like.
[13] In the ultrafine metal particles according to the above [11] or [12], the carbon is mainly composed of graphite. Further, the carbon may have a crystalline structure of graphite and amorphous, and may be mainly composed of graphite.
[0025]
[14] In the ultrafine metal particles according to any one of [11] to [13], the carbon has a thickness of 100 nm or less. More preferably, the thickness can be reduced to 20 nm or less.
[0026]
[15] In the metal ultrafine particles according to any one of the above [11] to [14], the carbon is characterized in that the lattice plane or the lamination plane of the crystal is two or more layers. More preferably, the film has a lattice plane or a lamination plane of four or more layers. Here, it is preferable that carbon is mainly composed of graphite, and the lattice plane or lamination plane of the crystal is a lamination plane of graphite. It is preferable that the lattice plane or the lamination plane of the crystal is formed along the plane of the metal particles.
[16] In the above-mentioned [15], an intermediate phase may be provided in the particles or carbon.
[0027]
Since the carbon constituting the coating is mainly graphite in which the lattice planes are arranged in layers, the carbon has a plurality of planes of a layered lattice in which six-membered rings are connected. That is, it has a plurality of crystal lattice planes. The lattice plane of the layered lattice may have a laminated structure with respect to the surface of the particle. Since the interface between the particles and the coating has an intermediate layer or a region where transition metal and carbon are mixed or a crystal matching region of both, forming the surface of the layered lattice in at least two layers suppresses oxidation of the particles. It is desirable in doing. The plane of the layered lattice (lattice plane) can be formed, for example, in the range of 4 to 20 layers. The intermediate phase refers to a portion or boundary region of an intermediate structure between the crystal structure of the metal particles and the crystal structure of the coating. The thickness of the intermediate phase is about 1 to 5 layers of graphite lattice spacing or graphite layer. When the intermediate phase is thin, it is considered that the crystal lattice mismatch between the particles and the carbon film is alleviated and eliminated in a short distance, and the entire surface of the particles can be uniformly coated with the carbon film.
[0028]
[17] In any one of the above [11] to [16], the main component of the metal superparticle is a magnetic metal element, and the saturation magnetization of the metal ultrafine particle is the saturation magnetization of the magnetic metal element. 10% or more and less than 100%. Regarding the above [17], when the core of the ultrafine metal particles is composed of magnetic particles, the carbon film coated can be extremely thin, having a thickness of 30 nm or less. Therefore, the volume ratio occupied by the magnetic particles in the ultrafine metal particles can be increased. As compared with the prior art, it is possible to suppress a decrease in the saturation magnetization of the ultrafine metal particles. Ultrafine metal particles in which a carbon film is coated on a particle composed of a transition metal or an alloy containing a transition metal, based on the saturation magnetization inherent to the material of the main component of magnetism (ie, 100%). May have a magnitude of 10% or more with respect to the reference.
[0029]
[18] In any one of the above [11] to [17], after heat-treating under the conditions of 100% humidity, 120 ° C, 1 atm, and 24 hours, heat-treat the mass of oxygen (mass%) before heat treatment. The subsequent mass increment of oxygen is not more than 50%. Even if the surface of the ultrafine metal particles is not completely covered with the carbon film, that is, even if the coating is locally thinned, it can be used. However, since it is difficult to prevent the progress of oxidation during long-term storage, it is desirable to completely cover the surface of the ultrafine particles with a carbon film.
[0030]
The magnetic particles may contain impurities and unavoidable impurities (elements originally contained in the raw materials) contained in the mixing of the raw materials to such an extent that the magnetic characteristics are not extremely deteriorated. In the X-ray diffraction pattern of a particle made of a metal or an alloy, the first or second highest intensity (Intensity (cps)) peak is the peak corresponding to the main element of the particle or the peak of graphite. Desirably. More preferably, the peak of the oxide of the element (excluding carbon) constituting the particles is sufficiently smaller than the third highest peak appearing in the X-ray diffraction pattern, or is not detected at all.
[0031]
[19] The method for producing ultrafine metal particles of the present invention produces ultrafine metal particles by heat-treating a powder obtained by mixing a powder containing a metal oxide and a powder containing carbon in an inert atmosphere. The method is characterized in that the ultrafine metal particles are metal particles whose surface is coated with carbon. The metal oxide preferably contains a transition metal (more preferably, it is composed of a transition metal oxide). The metal particles coated with the generated carbon preferably have an average particle diameter of 1 μm or less.
[0032]
In the production method according to the above [19], more preferably, the powder obtained by mixing the particles containing iron oxide and the particles containing carbon is heat-treated in an inert atmosphere to reduce the iron oxide to at least one of iron and iron carbide. Then, by producing an oxide of carbon, at least one kind of particles of iron or iron carbide, the surface of which is coated with carbon is produced.
[0033]
The method for producing ultrafine metal particles according to the above [19] is characterized in that the step of reducing the metal oxide particles and the step of coating the surfaces of the metal particles with a carbon film are performed in one heat treatment step. The production method of the present invention is superior to the production method of the comparative example described later in that it hardly contains oxygen. The manufacturing method of the comparative example is that, after producing ultrafine metal particles, in order to avoid spontaneous ignition and combustion (oxidation), gradually add oxygen to the ultrafine metal particles in an inert atmosphere containing a low concentration of oxygen. To produce ultrafine particles that form a thin oxide film on the surface.
[0034]
[20] In the above [19], the heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C. or more. More desirably, the heat treatment is performed within the range of 600 to 1600 ° C.
[0035]
[21] The method for producing microparticles of the present invention is characterized in that a powder obtained by mixing a powder containing a metal oxide and a powder containing boron is subjected to a heat treatment in an atmosphere containing nitrogen to obtain a fine boron nitride. It is characterized by producing a body. Here, the minute body corresponds to a minute body obtained as a by-product when producing the metal ultrafine particles according to any of the above [1] to [10].
[0036]
[22] {The other method of manufacturing a microscopic object of the present invention is to heat-treat a powder containing boron-containing particles and a metal oxide particle in an atmosphere containing nitrogen to form metal particles or boron nitride. Obtaining a product having at least one of the microparticles. The metal particles may be coated with boron nitride. As the atmosphere containing nitrogen, for example, a nitrogen gas, a mixed gas obtained by mixing a rare gas such as an argon gas with a nitrogen gas, or the like can be used.
[0037]
[23] In the above item [21] or [22], the heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C or higher. More preferably, the heat treatment is performed at a temperature in the range of 800C to 1700C.
[0038]
The manufacturing method according to any one of [21] to [23] is extremely excellent in mass productivity. The required thermal energy is small compared to conventional manufacturing methods. Also, high vacuum is not required, and precise pressure control of the atmosphere is not required. Since the inert gas is used, the heat treatment furnace is not damaged, and there is no problem that impurities are mixed into the minute body due to the damage. Moreover, there is no explosive or toxic danger. The oxide powder used as a raw material is easy to produce and handle even if it has nanometer-sized particles. Another advantage is that the raw material is unlikely to be ignited or burned, and the raw material loss or shape due to the ignition or the like is out of design, or the process is not easily interrupted.
[0039]
[24] A powder having fine particles of boron nitride and metal particles is produced by the method for producing fine particles according to any one of [21] to [23], and at least a part of the metal particles is formed from the powder. It is characterized by being removed. It is desirable to remove all of the metal particles to obtain a powder of only boron nitride fine particles. That is, after the heat treatment, a process of removing the metal particles or the minute bodies containing the metal particles is performed. For example, when the metal particles reduced during the heat treatment further grow into coarse metal particles, it is desirable to remove them.
This process is a step for increasing the ratio and purity of boron nitride in the fine powder. For example, by dispersing the microparticles in a medium (liquid) and utilizing the specific gravity difference between metal-based particles and boron nitride microparticles (or the specific gravity difference between metal-containing microparticles and metal-free microparticles), A method of separating and reducing metal particles and the like by a method such as spontaneous sedimentation or centrifugation after stirring can be used (separation method 1). Further, a method of applying a magnetic field to the metal particles to suck the metal particles and separating them from fine particles of only boron nitride that are not sucked (wet or dry method) can be used (separation method 2). Further, a method of reducing the amount of metal particles by chemically dissolving and removing the metal particles with a solution such as an acid can be used (separation method 3). Separation method 3 has the possibility of mixing residual residues and impurities, but is effective in reducing metal particles. In the case where the surface of the metal particles is entirely covered and a solution such as an acid does not penetrate, it is preferable to perform the separation method 1 or the separation method 2 in order to increase the purity of the powdery fine particles. Note that even if metal powder is contained in the fine powder, this is not necessarily a problem. The microparticles are small in size and powder handling is not easy. For example, a powder containing transition metal fine particle powder as a carrier has an advantage that it can be easily handled as compared with a powder composed of only fine particles.
[0040]
[25] The other minute body of the present invention is a minute body produced by reducing a metal oxide in an atmosphere of an inert gas containing nitrogen, and is mainly composed of boron nitride and has a wire shape or It is characterized by being cylindrical. Desirably, boron nitride is a rhombohedral phase. These fine particles are obtained as a by-product when producing the ultrafine metal particles according to the above [1] to [10].
Another minute body of the present invention is a minute body in which nitrogen and boron are combined by reducing a metal oxide in an inert gas atmosphere containing nitrogen, and is mainly composed of boron nitride. It is characterized by a wire shape or a cylindrical shape. By performing a heat treatment in an inert atmosphere containing nitrogen by using a metal oxide as an intermediary or an accelerator, boron and nitrogen are combined to form boron nitride microparticles. As the metal oxide, for example, an oxide of a metal or an alloy can be used. In particular, it is desirable to use a transition metal or an alloy containing at least one transition metal. More preferably, an oxide of a magnetic metal is used. For example, the metal or alloy can be selected from Fe, Ni, Co, and alloys containing at least one of them.
[0041]
The term “microscopic object” refers to, for example, a nanotube, a nanowire, a three-dimensional atomic structure, a nanoparticle, a structure having dimensional characteristics on the order of nanometers (nm), an aggregate including at least one of them, or a powder ( Or powder). The microscopic body having a cylindrical shape is more preferably a nanotube. The term “wire or cylinder” refers to, for example, a wire, a rod, a tube, or a tube, which is hollow or solid, any one of which is connected in series, and a small piece (plate-like). (A piece, a scale-shaped or a block-shaped piece).
[0042]
[26] In the above-mentioned [25], the minute body has an average diameter of 0.5 μm or less. Preferably, the average diameter is 0.01 to 0.5 μm, and more preferably, the average diameter is 0.05 to 0.5 μm. More specifically, for example, the diameter can be 0.1 to 0.3 μm.
If a fine powder having an average particle size in the range of 0.001 to 1 μm is used as the raw material metal oxide, a fine body having a diameter in the range of 0.001 to 1 μm can be obtained. More preferably, a metal body having a diameter of 0.001 to 0.05 μm is obtained using a metal oxide having an average particle diameter of 0.001 to 0.05 μm. By using a raw material having a small average particle size and a sharp particle size distribution, fine particles having a small average diameter can be obtained.
[0043]
The diameter corresponds to, for example, the outer diameter of a single microscopic body when a cross section (a cross section in a direction orthogonal to the longitudinal direction) of a wire-like or cylindrical portion is viewed. If the cross section is not circular, the maximum value is regarded as the diameter. When the microscopic body has a diameter that gradually changes along the longitudinal direction, an intermediate value between the maximum diameter and the minimum diameter when viewed in the longitudinal direction may be expressed as the diameter of the microscopic body. If there is a portion that largely deviates from the wire or cylindrical shape, the portion is ignored and the diameter is evaluated only with the wire or cylindrical portion.
[0044]
The average diameter refers to, for example, taking an electron micrograph using a powder having a wire-like or cylindrical fine body as a sample. The diameter of each microscopic object within an arbitrary area in the photograph is measured, and the average value is obtained. That is, the diameter is measured for N microscopic bodies (N ≧ 50), and expressed as average diameter = (sum of measured diameters) / N. Instead of a photograph, an image may be acquired and the diameter measured using a personal computer and image processing software.
[0045]
[27] {The other minute body of the present invention is a cylindrical boron nitride minute body, and has a portion where the ratio of the outer diameter Ro to the inner diameter Ri satisfies (Ri / Ro) ≦ 0.8. Features. When the ratio of Ri / Ro is close to 1, the thickness of the wall becomes small, so that the weight of the minute body becomes small, and as a result, the specific surface area becomes large. The boron nitride microparticles according to the present invention have portions where the ratio of (Ri / Ro) is close to 1, but there are also portions where the inner diameter is small. For example, the inner diameter may be smaller at the end of the cylindrical shape or at a portion where the cylindrical shape is bent, but this is not a problem in practical use.
The boron nitride microparticles can be formed in multiple layers of boron nitride atomic layers constituting the wall of the tube, and can also be generated so as to increase nodes and bridges. Therefore, it is also possible to increase the thickness of the wall of the wire-like or cylindrical minute body to produce a minute body having a small (Ri / Ro). Note that Ri is the inner diameter (corresponding to the diameter of the cavity) when the tube is viewed in a cross section substantially perpendicular to the longitudinal direction, and does not include the cross section of the node. Ro corresponds to the outer diameter of the tube when viewed in a section substantially perpendicular to the longitudinal direction.
[0046]
[28] The other microparticles of the present invention are characterized in that they are a mixture of rhombohedral boron nitride microparticles and hexagonal phase boron nitride microparticles.
With regard to the crystal structure, rhombohedral boron nitride (Rhombohedral @ Boron @ nitride) is also expressed as r-BN. Hexagonal boron nitride (Hexagonal @ Boron @ Nitride) is also represented as h-BN.
[29] The other minute body of the present invention is characterized in that it is boron nitride having a rhombohedral phase and a hexagonal phase.
[0047]
[30] The other minute body of the present invention is mainly composed of boron nitride, is characterized by being cylindrical, and having nodes or bridges inside.
Here, the “node” corresponds to a member that can divide the inside of a cylindrical (or tubular) minute body into a plurality of cavities or divide it into a plurality of sections. “Cross-linking” corresponds to a member that connects arbitrary portions of the inner wall of the cylindrical minute body. It is also possible that the crosslinks are more concentrated to form nodes. The surfaces of the nodes are closely related to the tube wall and the cylindrical wall, rather than being parallel to each other. When there are a plurality of nodes, the interval between the nodes is, for example, 0.5d or more. Here, d corresponds to the diameter d of the cylindrical portion in the middle of the nodes. In addition, even if this micro body has a plurality of nodes, the outer diameter and wall thickness do not always decrease unilaterally, but rather can be increased, so that a long micro body can be obtained. it can.
[0048]
[31] {The other minute body of the present invention is characterized by comprising metal particles, a boron nitride coating covering the metal particles, and wire-shaped or cylindrical boron nitride.
The wire-shaped or cylindrical-shaped portion has not only one growth direction but may have a plurality of growth directions. Further, the wire-shaped or cylindrical boron nitride may be directly grown from a boron nitride film, or may be directly grown from metal particles obtained by reducing a metal oxide. The metal particles may be located at either the tip or the center of the boron nitride microparticles. The arrangement may be a structure in which one metal particle is provided on one boron nitride microparticle (or a structure in which bonding, connection, connection, connection, and connection are provided), or a single metal particle may include a plurality of boron nitride particles. A structure in which elementary bodies are provided is exemplified. As another arrangement state, there is a structure in which metal particles are included in a carbon microparticle (or a structure such as coating, fitting, embedding, inclusion, winding, holding, and carrying). By changing the conditions such as the raw material and the heat treatment in the manufacturing method, the arrangement state of the metal particles can be changed.
The metal particles are preferably made of a transition metal or an alloy containing at least one transition metal. More preferably, the metal particles are made of a magnetic metal. For example, the metal particles have a composition selected from Fe, Ni, Co, and an alloy containing at least one of them.
[0049]
[32] {The other method for producing microscopic particles of the present invention is a method for producing carbon microparticles by subjecting a powder obtained by mixing a powder containing a metal oxide and a powder containing carbon to a heat treatment in an inert atmosphere. Is produced. More desirably, a powder obtained by mixing a powder composed of a transition metal oxide and a carbon powder is heat-treated in an inert atmosphere to produce carbon microparticles. This method for producing a microparticle relates to a microparticle that can be obtained as a by-product when the ultrafine metal particles according to [11] to [20] are produced, and a method for producing the microparticle.
[0050]
[33] {The other method for producing microscopic particles of the present invention is to heat-treat a powder containing carbon-containing particles and metal oxide particles in an inert atmosphere to produce metal particles or carbon microparticles. Obtaining a product having at least one. The metal particles may be coated with carbon.
[0051]
[34] In the above-mentioned [32] or [33], the heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C. or more. More desirably, the heat treatment is performed in the range of 600 ° C to 1600 ° C.
[0052]
The manufacturing method according to any one of [32] to [34] is very excellent in mass productivity. The required thermal energy is small compared to conventional manufacturing methods. Further, a high vacuum is not required, and pressure control of the atmosphere and the like are not likely to restrict mass productivity. Since the inert gas is used, there is no damage to the heat treatment furnace, and there is no problem that impurities are mixed into the minute body due to the damage. The oxide powder used as a raw material is easy to produce and handle even if it has nanometer-sized particles. Another advantage is that the raw material is unlikely to be ignited or burned, and the raw material loss or shape due to the ignition or the like is out of design, or the process is not easily interrupted.
[0053]
[35] A powder having carbon microparticles and metal particles is produced by the method for manufacturing microparticles according to any of [32] to [34], and at least a part of the metal particles is removed from the powder. It is characterized by the following. It is desirable to remove all the metal particles to obtain a powder of only carbon fines. That is, after the heat treatment, a process of removing the metal particles or the minute bodies containing the metal particles is performed. For example, when the metal particles reduced during the heat treatment further grow into coarse metal particles, it is desirable to remove them. As this removal process, a process similar to the above [24] can be used.
[0054]
[36] The other minute body of the present invention is a minute body formed by reducing a metal oxide in an inert gas atmosphere, and is made of graphite phase carbon, and has a wire or cylindrical shape. There is a feature. By performing a heat treatment in an inert atmosphere using a metal oxide as a mediator or a promoter, carbon is decomposed and reconstructed to obtain carbon microparticles. These fine particles can be obtained as a by-product when producing the ultrafine metal particles according to [11] to [20].
The microparticles of the present invention are microparticles in which the shape of carbon particles has been reconstructed by reducing a metal oxide in an inert gas atmosphere, and is mainly composed of carbon, and has a wire or cylindrical shape. It is characterized by having. More specifically, a particulate carbon is decomposed and reconstructed by using a reduction reaction for removing oxygen from a metal oxide and an inert gas to generate carbon microparticles. As the metal oxide, for example, an oxide of a metal or an alloy can be used. In particular, it is desirable to use a transition metal or an alloy containing at least one transition metal. More preferably, an oxide of a magnetic metal is used. For example, the metal or alloy can be selected from Fe, Ni, Co, and alloys containing at least one of them.
[0055]
[37] In the above-mentioned [36], the minute body has an average diameter of 0.5 μm or less. Preferably, the average diameter is 0.01 to 0.5 μm, and more preferably, the average diameter is 0.05 to 0.5 μm. More specifically, for example, the diameter can be 0.1 to 0.3 μm. If a fine powder having an average particle size in the range of 0.001 to 1 μm is used as the raw material metal oxide, a fine body having an average diameter in the range of 0.001 to 1 μm can be obtained. More preferably, a metal having an average diameter of 0.001 to 0.05 μm is obtained by using a metal oxide having an average particle diameter of 0.001 to 0.05 μm. By using a raw material having a small average particle size and a sharp particle size distribution, fine particles having a small average diameter can be obtained.
[0056]
[38] The other minute body of the present invention is a cylindrical carbon minute body, and has a portion where the ratio of the outer diameter Ro to the inner diameter Ri satisfies (Ri / Ro) ≦ 0.8. I do.
When the ratio of (Ri / Ro) is close to 1, the thickness of the wall becomes small, so that the weight of the minute body becomes small, and as a result, the specific surface area becomes large. The carbon microparticles according to the present invention have portions where the ratio (Ri / Ro) is close to 1, but there are also portions where the inner diameter is small. For example, the inner diameter may be smaller at the end of the cylindrical shape or at a portion where the cylindrical shape is bent, but this is not a problem in practice.
The carbon microparticles can be formed in multiple layers of graphite atomic layers constituting the wall of the tube, and can also be generated so as to increase nodes and crosslinks. Therefore, it is also possible to increase the thickness of the wall of the wire-shaped or cylindrical carbon microparticle to produce a carbon microparticle having a small (Ri / Ro). Note that Ri is the inner diameter (corresponding to the diameter of the cavity) when the tube is viewed in a cross section substantially perpendicular to the longitudinal direction, and does not include the cross section of the node. Ro corresponds to the outer diameter of the tube when viewed in a section substantially perpendicular to the longitudinal direction.
[0057]
[39] The other microscopic body of the present invention is mainly composed of graphite phase carbon, is cylindrical, and has nodes or cross-links therein.
Here, the definition of the “section” is the same as that described in the above [30].
[0058]
[40] The other minute body of the present invention is characterized by comprising metal particles, a carbon coating covering the metal particles, and wire-shaped or cylindrical carbon.
The metal particles are preferably made of a transition metal or an alloy containing at least one transition metal. More preferably, the metal particles are made of a magnetic metal. For example, the metal particles have a composition selected from Fe, Ni, Co, and an alloy containing at least one of them.
[0059]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention according to any of the above [1] to [10] will be described. In the present invention according to the above [1] to [10], the metal powder raw material of the transition metal, in particular, Fe, Co, Ni, etc., serves as a catalyst for boron nitride (BN) formation, When the metal powder and boron (B) were heated at around 2000 ° C., attention was paid to the formation of boron nitride with metal particles as nuclei. Furthermore, when the starting material was not a metal but an oxide of a transition metal represented by Fe, Co, and Ni, the oxide was reduced at 800 ° C. to 1700 ° C., and at the same time, boron nitride was formed. It has been found that new metal ultrafine particles encapsulated in a boron nitride film (BN film) are generated.
[0060]
The concept of the starting materials for metal oxide and boron as the starting materials of the present invention according to the above [1] to [10], the reasons for limiting the numerical values, and the like will be described. As a metal (hereinafter, referred to as M) constituting the oxide according to the present invention, a transition metal or an alloy thereof (particularly, a magnetic material) is preferable. More preferably, Fe, Co, Ni, Cr, Mn, Mo, Pd, Ir or an alloy containing them is suitable. Fe, Co, Ni, Cr, Mn, Mo, Pd, and Ir have a standard enthalpy of formation of an MB bond (B is boron) as HMB, The standard enthalpy of formation of the MN bond (N is nitrogen) is HM-N,
HMB<HM-N
Is established, and a boride is more easily formed than a nitride. As a result, a metal powder containing boron is formed in the initial stage of the heat treatment, and when nitrogen is present in a gaseous state around the metal powder uniformly, boron and nitrogen contained in the metal powder are finally contained. And it is easy to uniformly coat the surfaces of the metal particles with boron nitride. Metal oxide (MaOb) May be a phase diagram conventionally shown, for example, in the case of Fe,2O3, Fe3O4, FeO.
[0061]
Boron is suitable as a powder of a raw material serving as a boron supply source, but a metal containing boron may be used. As the boron-containing metal (M), the standard enthalpy of formation of the MB bond is HMB, The standard enthalpy of formation of the MN bond is HM-N,
HMB> HM-N
Is preferable, and Sc, Ti, V, Y, Zr, Nb, La, Hf, and Ta can be mentioned. Compounds having a bond of boron and oxygen in the compound, such as boric acid, are represented by B2O3Is not preferable because boron oxide represented by the formula (1) becomes thermodynamically stable and does not become a source of B.
[0062]
(Reaction process)
Fe2O3A reaction process in which BN-coated Fe particles, a BN tube, or a BN wire are generated by the reaction between B and B will be described. FIG. 3 schematically shows the reaction process. FIG. 3A shows the state of the raw material. FIG. 3 (2.) Shows an initial stage of the reaction. That is, B is Fe2O3Combined with oxygen in the B2O3Are generated, and reduced Fe particles are present in the vicinity of B. B2O3Is in a liquid or gaseous state. FIG. 3 (3.) shows the further progress of the reaction. At this stage, B reacts with Fe to generate an Fe-B compound. As shown in the figure, the powder structure includes grains of a complete Fe-B compound, grains with incomplete B diffusion to Fe, or grains having a Fe-B compound near the surface with Fe as a core. . When the reaction further proceeds, as shown in FIG. 3 (4.), B in the Fe—B compound reacts with N atoms in the atmosphere, and BN nuclei are generated throughout the particle surface. When these BN nuclei grow, B diffuses from inside the particles to the surface. As a result, only Fe remains inside the particles, and BN-coated Fe particles are generated. When B is excessively present, BN does not only cover Fe, but also expands in a tube or wire shape. FIG. 3 (5.) Is a schematic view of the BN-coated Fe particles and the BN tube.
[0063]
The average particle size of the metal oxide powder (a powder) is preferably 0.001 to 1 μm. Powders having an average particle size of less than 0.001 μm are difficult to produce and are not practical. If the average particle size exceeds 1 μm, oxygen cannot be sufficiently reduced to the center of the particles, and it is not easy to obtain uniform metal particles. The average particle size of the boron powder (b powder) is preferably 0.01 to 100 μm, and more preferably 1 to 50 μm. Boron powder having an average particle size of less than 0.01 μm is expensive and impractical. On the other hand, if the average particle size exceeds 100 μm, the dispersion of the b powder in the mixed powder will be uneven, and it will be difficult to finally coat the metal particles uniformly. The mixing ratio of the powder a to the powder b is preferably in the range of 25 to 95% by mass of the powder b. If the mass ratio of the b powder is less than 25%, the amount of boron is insufficient and the reduction of the metal oxide is insufficient. If the compounding ratio of the boron powder exceeds 95%, the volume ratio of the reduced metal becomes extremely small, which is not practical.
[0064]
For mixing the a powder and the b powder, a V-type mixer, a crusher (for example, a device that combines crushing and mixing like a raikai machine), a mortar, and the like are used. A predetermined amount of the mixed powder is filled in a heat-resistant crucible made of alumina, boron nitride, or the like, and heated under predetermined conditions. The atmosphere during the heat treatment is preferably a nitrogen gas atmosphere, an ammonia gas atmosphere, or a mixed gas atmosphere containing them. The mixed gas may be mixed with an inert gas such as argon or helium. Gases containing oxygen, such as air, are not suitable because they hinder the reduction reaction. The heat treatment temperature is preferably from 800C to 1700C, more preferably from 1000C to 1400C. If the temperature is lower than 1000 ° C., the time required for completing the reaction becomes longer. If the temperature is lower than 800 ° C., the reaction itself does not proceed. If the temperature exceeds 1400 ° C. in a non-oxygen atmosphere, oxygen may be released due to the decomposition of the oxide ceramic used as a furnace member, and at the same time, for example, an alumina crucible may be damaged in a short period of time. If the temperature exceeds 1700 ° C., the use of heat-resistant members is indispensable not only for the crucible but also for the equipment itself, which increases the production cost and is not suitable for industrialization.
[0065]
Next, an embodiment of the present invention according to any one of the above [11] to [20] will be described. According to the present invention relating to the above [11] to [20], a transition metal oxide represented by Fe, Co, and Ni is selected as a raw material of a transition metal metal powder, and heated to 600 ° C. to 1600. It was found that the oxides were reduced at ℃ and that carbon mainly composed of graphite was formed on the surface of the metal particles. In addition, the inventors have found a configuration in which metal particles are included in a carbon coating. It is considered that transition metals, particularly Fe, Co, and Ni, which are constituent elements of the starting material, play a role of a catalyst for forming a graphite layer.
[0066]
As a powder of a raw material serving as a carbon supply source, carbon powder such as graphite, carbon black, and natural graphite is suitable, but a compound containing carbon may be used. That is, coal, activated carbon, coke, fatty acids, polymers such as polyvinyl alcohol, BC compounds, and carbides containing metals may be used. Therefore, in the claims and the means for solving the problems, the term "carbon powder" is used as a term including both carbon powder and compounds containing carbon. However, in order to increase the carbon purity of the coating, carbon powder is preferably used.
[0067]
The average particle size of the metal oxide powder (a powder) is preferably 0.001 to 1 μm. Powders having an average particle size of less than 0.001 μm are difficult to produce and are not practical. If the average particle size exceeds 1 μm, oxygen cannot be sufficiently reduced to the center of the particles, and it is not easy to obtain uniform metal particles. The average particle size of the carbon powder (b powder) is preferably from 0.01 to 100 μm, more preferably from 0.1 to 50 μm. Carbon powder having an average particle size of less than 0.1 μm is expensive and impractical. On the other hand, if the average particle size exceeds 100 μm, the dispersion of the b powder in the mixed powder will be uneven, and it will not be possible to finally coat the metal particles uniformly. The mixing ratio of the powder a to the powder b is preferably in the range of 25 to 95% by weight of the powder b. When the weight ratio of the b powder is less than 25%, the reduction reaction does not sufficiently proceed due to insufficient carbon. On the other hand, if the mixing ratio of the powder b exceeds 95%, the volume ratio of the reduced metal becomes extremely small, which is not practical. Making the average particle diameter in the range of 0.001 to 1 μm, more desirably in the range of 0.01 μm to 0.1 μm is necessary for applying the metal ultrafine particles of the present invention to a magnetic recording medium, a magnetic shield, an electronic device and the like. desirable.
[0068]
For mixing the a powder and the b powder, a V-type mixer, a crusher (for example, a device that combines crushing and mixing like a raikai machine), a mortar, and the like are used. The mixed powder is heat-treated under a predetermined condition by filling a predetermined amount of a transition metal oxide and a carbon compound into a heat-resistant crucible such as alumina, boron nitride, and graphite. The atmosphere during the heat treatment is not limited as long as it is an inert gas, but a mixed atmosphere of an inert gas such as a nitrogen gas or an argon gas containing nitrogen as a main component can be used. The heat treatment temperature is preferably from 600C to 1600C, more preferably from 900C to 1400C. If the temperature is lower than 900 ° C., the time required for completing the reaction becomes long. If the temperature is lower than 600 ° C., the reaction itself does not proceed. If the temperature exceeds 1400 ° C. in a non-oxygen atmosphere, oxygen may be released due to decomposition of the oxide ceramic used as a furnace member, and at the same time, for example, an alumina crucible may be damaged in a short period of time. If the temperature exceeds 1600 ° C., the use of heat-resistant members is indispensable not only for the crucible but also for the equipment itself, which increases the production cost and is not suitable for industrialization.
[0069]
Next, embodiments of the invention relating to the above [21] to [31] will be described.
According to the present invention according to the above [21] to [31], when the oxide (a powder) of a transition metal and the boron powder (b powder) are heated at a temperature of 800 to 1700 ° C. in a nitrogen atmosphere, the metal oxide The material serves as a catalyst for boron nitride microparticle formation, and can produce wire-shaped boron nitride microparticle powder having an average diameter of 0.5 μm or less. It is possible to produce boron nitride microparticles at a lower temperature than in the prior art.
[0070]
As the metal constituting the oxide of the a powder, a transition metal or an alloy thereof (especially a magnetic material) is preferable, and more preferably, Fe, Co, Ni, Cr, Mn, Mo, Pd, Ir or an alloy containing them is suitable. I have. Metal oxide (MaOb) May be those conventionally shown in a phase diagram. For example, when M is Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO. The metal oxide is reduced in the process of forming boron nitride, and eventually becomes metal particles.
[0071]
Further, the b powder may be a metal powder containing boron in addition to the boron powder. As the boron-containing metal (M), the standard enthalpy of formation of the MB bond (B is boron) is HMB, The standard enthalpy of formation of the MN bond (N is nitrogen) is HM-N,
HMB> HM-N
It is preferable that the relationship is established. Specifically, Sc, Ti, V, Y, Zr, Nb, La, Hf, and Ta are mentioned.
[0072]
The average particle size of the metal oxide powder (a powder) is preferably 0.001 to 1 μm. Powders having an average particle size of less than 0.001 μm are difficult to produce and are not practical. On the other hand, if the average particle size exceeds 1 μm, oxygen cannot be sufficiently reduced to the center of the particles, and does not function sufficiently as a catalyst. The average particle size of the boron powder (b powder) is preferably 0.01 to 100 μm. Boron powder having an average particle size of less than 0.01 μm is expensive and impractical. On the other hand, if the average particle size exceeds 100 μm, the dispersion of the b powder in the mixed powder becomes uneven, and it becomes difficult to finally coat the metal particles uniformly. The mixing ratio of the powder a to the powder b is preferably in the range of 25 to 95% by weight of the powder b. If the weight ratio of the b powder is less than 25%, boron will be insufficient and the formation of boron nitride will be insufficient. On the other hand, if the mixing ratio of the powder b exceeds 95%, the amount of the powder a decreases and the catalytic function deteriorates, and the formation of boron nitride becomes insufficient.
[0073]
A V-type mixer, a mortar, or the like is used for mixing the powder a and powder b. A predetermined amount of the mixed powder is filled in a heat-resistant crucible such as alumina or boron nitride and heat-treated under predetermined conditions. The atmosphere during the heat treatment is preferably a nitrogen gas atmosphere or a mixed gas atmosphere containing nitrogen gas. The mixed gas may be mixed with an inert gas such as Ar or He. Gases containing oxygen, such as air, are not suitable. The heat treatment temperature is preferably from 800C to 1700C, more preferably from 1000C to 1400C. If the temperature is lower than 1000 ° C., the time required for completing the reaction becomes longer. If the temperature is lower than 800 ° C., the reaction itself does not proceed. If the temperature exceeds 1400 ° C. in an inert gas atmosphere, oxygen may be released due to decomposition of the oxide ceramic used as a furnace member, and at the same time, for example, an alumina crucible may be damaged in a short period of time. . If the temperature exceeds 1700 ° C., the use of heat-resistant members is indispensable not only for the crucible but also for the equipment itself, which increases the production cost and is not suitable for industrialization.
[0074]
The crystal structure of the boron nitride powder obtained by the above method is identified by X-ray diffraction measurement. As shown in FIG. 18, hexagonal boron nitride (h-BN) and rhombohedral boron nitride (r-BN) are obtained. Can be detected. FIG. 18 shows the results obtained by measuring the powder obtained in Example 7 described later. Further, when the powder structure was observed by TEM observation, it was confirmed that wire-like boron nitride was formed as shown in FIG. 19, and it was identified as h-BN from the observation of the lattice image.
[0075]
Next, embodiments of the invention relating to the above [32] to [40] will be described. According to the present invention according to the above [32] to [40], when the transition metal oxide (a powder) and the carbon powder (b powder) are heated at a temperature of 600 to 1600 ° C. in an inert gas atmosphere, the metal The oxide serves as a catalyst for forming carbon microparticles, and can produce wire-shaped carbon microparticle powder having an average diameter of 0.5 μm or less.
[0076]
Transition metals or alloys thereof (particularly magnetic materials) are preferable as the metal constituting the oxide of the powder a. Metal oxide (MaOb) May be those conventionally shown in a phase diagram. For example, when M is Fe, Fe2O3, Fe3O4, FeO. The metal oxide is reduced in the course of carbon formation, and eventually becomes metal particles.
[0077]
As the b powder, carbon powder such as graphite, carbon black, and natural graphite is suitable, but a compound containing carbon may be used. That is, coal, activated carbon, coke, fatty acids, polymers such as polyvinyl alcohol, BC compounds, and metal carbides may be used.
[0078]
The average particle size of the metal oxide powder (a powder) is preferably 0.001 to 1 μm. Powders having an average particle size of less than 0.001 μm are difficult to produce and are not practical. On the other hand, if the average particle size exceeds 1 μm, oxygen cannot be sufficiently reduced to the center of the particles, and does not function sufficiently as a catalyst. The average particle size of the carbon powder (b powder) is preferably 0.01 to 100 μm. Carbon powder having an average particle size of less than 0.01 μm is expensive and not practical. The mixing ratio of the powder a to the powder b is preferably in the range of 25 to 95% by weight of the powder b. If the weight ratio of the b powder is less than 25%, carbon is insufficient. On the other hand, when the blending ratio of the b powder exceeds 95%, the amount of the a powder decreases and the catalytic function decreases.
[0079]
A V-type mixer, a mortar, or the like is used for mixing the powder a and powder b. A predetermined amount of the mixed powder is filled in a heat-resistant crucible such as alumina or boron nitride and heat-treated under predetermined conditions. The atmosphere during the heat treatment is preferably in an inert gas atmosphere. Gases containing oxygen, such as air, are not suitable. The heat treatment temperature is preferably from 600C to 1600C, more preferably from 900C to 1400C. If the temperature is lower than 900 ° C., the time required for completing the reaction becomes long. If the temperature is lower than 600 ° C., the reaction itself does not proceed. If the temperature exceeds 1400 ° C. in an inert gas atmosphere, oxygen may be released due to decomposition of the oxide ceramic used as a furnace member, and at the same time, for example, an alumina crucible may be damaged in a short period of time. . If the temperature exceeds 1600 ° C., the use of heat-resistant members is indispensable not only for the crucible but also for the equipment itself, which increases the production cost and is not suitable for industrialization.
[0080]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. However, the present invention is not necessarily limited by these examples.
(Example 1)
Α-Fe with an average particle size of 0.6 μm2O35 g of powder (a powder) and 5 g of boron powder (b powder) having an average particle size of 30 μm were weighed, and each powder was put into a V-type mixer so that the mixing ratio of b powder was 50% by mass. And mixed for 10 minutes. An appropriate amount of the mixed powder was filled in an alumina boat, placed in a furnace, and heated at a rate of 3 ° C./min from room temperature in a nitrogen gas stream having a flow rate of 2 (l / min). For 2 hours and cooled in the furnace to room temperature. The mixed powder before the heat treatment was red-black, but the powder after the heat treatment turned grayish white. When X-ray diffraction measurement (Cu, Kα ray) was performed on each of the powders before and after the heat treatment, diffraction patterns as shown in FIG. 1 (before heat treatment) and FIG. 2 (after heat treatment) were obtained. From the heat-treated powder, a (002) peak of hexagonal boron nitride (h-BN) and a (110) peak of α-Fe were mainly detected. The Fe particle diameter calculated from the (110) peak of Fe using the analysis software “Jade5” manufactured by Rigaku was 89 nm. Table 1 summarizes the particle diameter of each phase and Fe detected from the X-ray diffraction pattern. Table 2 shows the results of measuring the magnetic properties of this off-white powder using a VSM. The saturation magnetization is at least 20 times the value of Comparative Example 2 to be described later.2O3Is reduced to Fe. Further, only the powder sucked up by a permanent magnet from this grayish white powder was subjected to a corrosion resistance test at 100% humidity and 120 ° C. for 24 hours using a PCT tester, and then subjected to oxygen analysis by an incineration method. Table 3 shows the obtained results.
[0081]
(Example 2)
Fe2O3Fe instead of powder3O4An off-white powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that powder (average particle size: 0.5 μm) was used, and was subjected to X-ray diffraction, VSM measurement, and PCT test.
[0082]
(Comparative Example 1)
The mixed powder was heat-treated and subjected to X-ray diffraction and VSM measurement in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of the boron powder (b powder) was changed to 20% by mass ratio.
(Comparative Example 2)
The mixed powder was subjected to heat treatment in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature was changed to 500 ° C., and X-ray diffraction and VSM measurement were performed.
(Comparative Example 3)
A corrosion resistance test was performed on Fe powder having an average particle diameter of 20 nm (ultrafine particles manufactured by Vacuum Metallurgy Co., Ltd.) under the same conditions as in Example 1. Table 3 shows the results.
[0083]
[Table 1]
Figure 2004124248
[0084]
[Table 2]
Figure 2004124248
[0085]
[Table 3]
Figure 2004124248
[0086]
(Example 3)
5 g of Ni-containing Fe oxide powder and 5 g of boron powder were charged into a V-type mixer and mixed. An appropriate amount of the mixed powder was filled in an alumina boat, placed in a furnace, and heated at a rate of 3 ° C./min from room temperature in a nitrogen gas stream having a flow rate of 2 (l / min). For 2 hours and cooled in the furnace to room temperature. Observation of the powder after the heat treatment revealed metal particles whose surfaces were coated with boron nitride. Composition analysis revealed that the metal particles were Fe containing Ni.
[0087]
(Example 4)
The operation of separating metal particles and BN or C will be described. FIG. 4 shows a manufacturing process diagram of the BN-coated metal particles and the BN fine particles. When manufacturing coated metal particles, the manufacturing process is as follows: S1 → S2 → S3 → S4 in FIG. In S2, the crucible made of boron nitride containing the raw material powder was heat-treated in a tubular furnace 43. Since the heat-treated powder obtained in S2 was the mixed powder 41 of the coated metal particles and the fine particles, the coated metal particles were recovered through the steps of separation and purification of S3 and S4. In the step S3, the heat-treated powder dispersed in a medium 45 typified by an organic solvent such as acetone or ethanol was stirred in the washing tank 44 to spontaneously settle the coated metal particles. As a means for stirring, an ultrasonic cleaning device 46 was used to apply ultrasonic waves to the cleaning tank 44. In addition, when stirring was performed by using a stirrer such as a manual stirrer using a glass rod or a pencil mixer instead of the application of ultrasonic waves, sufficient stirring was achieved.
[0088]
In step S4, the supernatant 47 was removed and the precipitate was dried to collect the coated metal particles 48. At the same time, when the supernatant was dried, BN microparticles were recovered. In the above process, BN-coated metal particles and BN fine particles could be obtained at the same time. In particular, when only the BN minute body is manufactured, the manufacturing process may be S1 → S2 → S5 → S6 in FIG. Step S5 is a step of dissolving the metal particles in the heat-treated powder with an acidic solution such as hydrochloric acid or sulfuric acid. After immersing the heat-treated powder in the acidic solution, the precipitate was recovered. Step S6 is a step of washing the precipitate with water and then drying it. An appropriate amount of pure water was poured into the precipitate obtained in S5, and the mixture was stirred with a glass rod or the like, and then precipitated again to remove a supernatant, followed by drying to obtain BN microparticles. For complete removal of the acidic solution, step S6 is preferably repeated several times. In addition, the said manufacturing process was applicable also to the process of manufacturing the metal particle and carbon microparticle covered with carbon.
[0089]
FIG. 5 is a micrograph of the particle structure according to the present invention observed with an electron microscope (TEM), and shows BN-coated Fe particles. FIG. 6 is a schematic diagram for schematically explaining the structure of FIG. As shown in FIG. 6, the periphery of the Fe particle 1 is covered with a BN film 2. FIG. 7 shows a further enlarged photograph of the state of the BN film.
[0090]
FIG. 7 is a micrograph of the particle structure according to the present invention observed with an electron microscope, and shows Fe particles coated with BN. FIG. 8 is a schematic diagram for schematically explaining the structure of FIG. As shown in FIG. 7, in the BN film coated on the surface of the Fe particles 1, a stripe pattern of the laminated crystal lattice is observed. In the part of the lattice plane 3, a plurality of lattice planes are stacked substantially in parallel with each other along the surface of the Fe particle 1. It can be seen that the lattice planes 4 and 5 have portions where the lattice planes are not parallel to each other, but sufficiently cover the surface of the Fe particles 1.
[0091]
(Example 5)
Α-Fe with an average particle size of 0.03 μm2O35 g of powder (a powder) and 5 g of carbon powder (b powder) having an average particle size of 20 μm were charged into a V-type mixer and mixed for 10 minutes. This mixed powder 51 is filled in an appropriate amount into a crucible 52 made of boron nitride, and the crucible 52 is set in a tubular furnace 53 and heated at a rate of 3 ° C./min from room temperature in a nitrogen gas flow at a flow rate of 2 l / min. After that, it was kept at 1000 ° C. for 2 hours and cooled in a furnace at a rate of 3 ° C./min to room temperature. The structure of the tube furnace is shown schematically in FIG. When X-ray diffraction measurement (Cu, Kα ray) was performed on each of the powders before and after the heat treatment, diffraction patterns as shown in FIG. 9 (before heat treatment) and FIG. 10 (after heat treatment) were obtained. From the powder subjected to the heat treatment, a (002) peak of graphite and a (110) peak of α-Fe were mainly detected. Table 4 shows the results of measuring the magnetic properties of the powder after the heat treatment with a VSM (Sample Vibration Magnetometer). The saturation magnetization is about 100 times the value of Comparative Example 4, and together with the result of the X-ray diffraction measurement,2O3Is reduced to Fe. After exposing the powder after the heat treatment with a PCT tester (pressure cooker test tester) at 100% humidity, 120 ° C. and 1 atm for 24 hours, the oxygen content of the powder is measured by an oxygen / nitrogen / hydrogen analyzer in metal ( The analysis was performed using a Horiba EMGA-1300). Table 5 shows the analysis results of the oxygen content. After the PCT test, there was no increase in the amount of oxygen, confirming that the surface of the Fe powder was covered with the graphite film. In the analysis of oxygen, nitrogen and hydrogen in the metal, O, N and H in the sample were thermally decomposed by filling a graphite crucible with 0.5 g of sample powder and rapidly heating the crucible to 2000 to 3000 ° C. Gas generated by gas chromatograph and thermal conductivity detector2, N2, H2This is a method of analyzing the contents of O, N, and H by detecting O gas.
[0092]
(Comparative Example 4)
The mixed powder was heat-treated and subjected to X-ray diffraction, VSM measurement and PCT test in the same manner as in Example 5 except that the heat treatment temperature was changed to 500 ° C. The X-ray diffraction pattern did not change before and after the heat treatment, and the reaction did not proceed. The value of the saturation magnetization hardly changes.
[0093]
(Comparative Example 5)
A corrosion resistance test was performed on Fe powder (ultrafine particles manufactured by Vacuum Metallurgy Co., Ltd.) having an average particle size of 0.02 μm under the same conditions as in Example 5. The saturation magnetization is the value of pure iron (about 260 × 10-6wb · m / kg) to about 30%.
[0094]
[Table 4]
Figure 2004124248
[0095]
[Table 5]
Figure 2004124248
[0096]
FIG. 11 is a photomicrograph of the structure of the ultrafine metal particles according to Example 5 observed with a TEM (transmission electron microscope). In the TEM observation, no processing for causing damage or mutation to the particles was performed except for the necessary sample preparation. FIG. 12 is a schematic diagram schematically illustrating the structure of FIG. 11 and is slightly enlarged. The metal ultrafine particles 11 are particles in which the surfaces of the α-Fe particles 12 are all coated with a graphite thin film 20 having a predetermined thickness. This coating protects the surface of the α-Fe particles 12 and effectively prevents oxidation. The projections 21 and 21b scattered outside the graphite thin film 20 are presumed to be either a growth of a different layer of graphite or a deposition of foreign matter. The light-dark patterns 13a, 13b, 13c of the α-Fe particles 11 themselves are interference patterns (indicated by two-dot chain lines) resulting from the shape (substantially spherical) of the α-Fe particles 11. At both ends of the α-Fe particle, the boundary 14 of the graphite thin film is photographed slightly indistinctly, and therefore is indicated by a dotted line. This is because it is difficult to focus on everything due to the substantially spherical shape, and the actual shape is not unclear. The region indicated by the dashed line is the collodion film 15 for fixing the metal ultrafine particles 11 to the sample holder for TEM observation. The line and reference numeral 16 are on a scale whose three lines have a length of 20 nm. The scale at the time of photographing FIG. 11 was copied and added to FIG.
[0097]
FIG. 13 is a photomicrograph of the particle structure according to the present invention observed with a TEM (transmission electron microscope), and illustrates the state of the graphite thin film 20 by enlarging the lower left half of FIG. The structure of FIG. 13 will be schematically described with reference to the schematic diagram of FIG. The graphite thin film 20 mainly has a crystal structure of graphite. For example, the lattice fringes 20a, 20b, and 20c represent layered lattice planes of graphite, and the lattice fringes have substantially equal intervals, and are arranged substantially parallel to the surface of the α-Fe particles 12.
[0098]
However, since the α-Fe particles are spherical and have some irregularities on the surface, a part of the graphite thin film is inclined with respect to the surface of the α-Fe particles 12 like lattice fringes 20f. In some places. The lattice fringe 20f is derived from another lattice fringe 20e, and further has a lattice fringe 20d. Although the lines are not shown, the lattice fringes 20d are arranged substantially parallel to the surface of the α-Fe particles 12. As described above, in the graphite thin film, there is a portion where the orientation of the layered lattice plane changes or the arrangement state becomes unclear (a portion which looks like a satin pattern). In addition, since the crystal structure is grown so that the plane of the crystal structure becomes parallel to the surface of the α-Fe particle 12, a substantially uniform coating of the graphite thin film is formed.
[0099]
In the graphite thin film 20 of FIG. 14, a part of the lattice fringe is schematically illustrated by a solid line or a dotted line. Although not shown, a crystal structure also exists in a blank portion. In addition, it is presumed that an intermediate layer 25 exists between the surface of the α-Fe particles 12 and the graphite thin film 20, and details thereof will be described with reference to FIGS.
[0100]
FIG. 15 is a micrograph of the structure of the particles according to the present invention observed by a TEM (transmission electron microscope), and is a further enlarged photograph of the vicinity of the graphite thin film 20 of FIG. FIG. 16 is a schematic diagram schematically illustrating the structure of FIG. 15 and is slightly enlarged. In the α-Fe particles 12, lattice fringes 24 are observed along the direction of the arrow a, indicating a unique crystal plane of α-Fe. Since it is difficult to precisely reproduce the arrangement of Fe atoms in a daisy chain, they are indicated by dotted lines. In the vicinity of the surface of the α-Fe particle 12, the lattice fringe along the arrow a is broken, but the end of the array forms a flat surface, and the starting point for the graphite crystal to grow gradually. (Graphite growth layer). Hereinafter, these regions are referred to as an intermediate layer 25. The graphite thin film 20 is grown and formed via the intermediate layer 25.
[0101]
As shown in FIG. 16, if the surface of the α-Fe particles 12 is a relatively smooth spherical surface (flat surface), the graphite layered lattice surface 22 becomes a surface along the arrow d, and is regularly arranged in parallel. As it grows, it forms a dense and very thin coating. Here, “dense” refers to having a portion where regular lattice planes are stacked. In the direction perpendicular to the arrow d, 15 to 17 layers of the layered lattice were laminated to form a very thin film. The thickness of the intermediate layer 25 looks like one or two layers in terms of the interval between the graphite layered lattice planes 22. When the crystal plane of graphite that has started to grow is also included in the intermediate layer, the thickness of the intermediate layer 15 is about 2 to 4 layers in terms of the interval between the layered lattice planes 22 of graphite.
[0102]
The dislocation 23 is presumed to be a portion where the crystal growth is shifted and the crystal structure is discontinuous. It is assumed that when a layered lattice grows to have a laminated structure, the growth of a certain portion is delayed by one layer due to a lattice defect. When the growth of a certain part is restarted, the lattice plane of the (n-1) th layer in a certain part and the lattice plane of the nth layer in an adjacent part may combine to form one plane (dislocated plane). . The occurrence rate of dislocation planes is not high, and it can be said that the entire coating is a uniform and dense thin film. Although the projections 21b exist on the surface of the graphite thin film 20, they were not clearly photographed in the photograph of FIG.
[0103]
(Example 6)
Hematite having an average particle size of 0.03 μm (Fe2O33) 3 g of powder and 7 g of boron powder having an average particle size of 26 μm were charged into a V-type mixer and mixed for 10 minutes. The mixed powder 121 is filled in a crucible 122 made of boron nitride, placed in a tubular electric furnace 123, and heated from room temperature at a rate of 3 (° C./min) in a nitrogen gas flow at a flow rate of 2 (l / min). After heating, the mixture was kept at 1100 ° C. for 2 hours and cooled in a furnace to room temperature. The mixed powder before the heat treatment was red-black, but the powder after the heat treatment turned grayish white. X-ray diffraction measurement (Cu, Kα ray) of the heat-treated powder gave a diffraction pattern as shown in FIG. 17. From the heat-treated powder, hexagonal boron nitride (h-BN) was obtained. ), Rhombohedral boron nitride (r-BN) and α-Fe diffraction peaks were detected. To separate boron nitride and Fe, 500 cc of acetone (0.5 × 10-3m3) Was charged with 5 g of the above powder and subjected to ultrasonic cleaning for 5 minutes to separate a supernatant and a precipitate. The supernatant 127 was left in the fume hood for further 24 hours to dry the acetone, and a boron nitride powder 128 (weight 6 g) was recovered.
[0104]
When this boron nitride powder was observed with a transmission electron microscope (TEM), a wire-like structure as shown in the photograph of FIG. 19 was observed. When the lattice image was analyzed, the boron nitride wire had a rhombohedral structure. The unit of flow rate is (l / min) ≒ about 16.7 × 10-6(M3/ S). The manufacturing process of Example 6 includes a powder mixing process (S11), an atmosphere heat treatment process (S12), an ultrasonic application process to a medium in which the powder is dispersed (S13), and a separation and drying process of the boron nitride microparticles ( S14) and corresponds to the process flow and schematic diagram of FIG. In the figure, reference numeral 124 denotes a cleaning tank, reference numeral 126 denotes a supersonic cleaning machine, and reference numeral 125 denotes a solvent (acetone) in which the powder after heat treatment is dispersed. In addition, as long as an ultrasonic wave can be applied in order to disperse the generated particles, it can be used without being limited to a washing machine.
[0105]
FIG. 20 is a schematic view which replicates the structure of the photograph of FIG. 19 and shows a wire-like boron nitride microparticle. The boron nitride minute body 101 has a long bent tube shape formed by connecting a plurality of tubes 103 each having a cavity 102 therein. One end is terminated by the structure of the tube 103. The other end is terminated with the h-BN tissue 112 via a tissue in which the r-BN tissue as the tube 103 and the h-BN-like portion 112b are mixed. In FIG. 20, the curve indicated by the dotted line represents the extension of the collodion film for fixing the boron nitride microparticles 101 to the sample holder of the electron microscope. The lines and letters outside the right of the rectangular box in FIG. 20 indicate that the line length corresponds to a dimension of 200 nm.
[0106]
FIG. 21 is a schematic diagram in which only the boron nitride tube in FIG. 20 is extracted and enlarged. The vicinity 111 of the distal end of the tube is seen overlapping with the middle part of the tube, and it is not clear whether the distal end is closed because it is not clear. From the vicinity of the tip, the structure of the cavity 102 and the tube 103 surrounding the cavity 102 continues. On the way, a portion considered to be a node 104 between the tubes and a portion where the tube is thick or looks thick for oblique observation. There are possible bumps 105. The direction of the continuous tube appears to be greatly bent at the bending portion 110, for example. The thickness of the tube does not always look uniform and forms the cavity 102 with not only the bumps 105 and nodes, but also a complex line or striae-like structure. The tube structure is clearly observed from near the tip 111 to the node 104b, and the diameter of the tube is 0.12 to 0.20 μm (120 to 200 nm). In this area, since the crystal structure is complicated, it is presumed that r-BN and h-BN are mixed or a mixed phase is formed. It is considered that the mixture of different phases is related to the bending of the tube. When the crystal structure of the tube 103, which looks clearly like a pipe, is magnified and observed, the arrangement of atoms is r-BN that repeats a three-layer cycle, and the direction of the cycle is oriented in the diameter direction of the tube.
[0107]
(Example 7)
Α-Fe with an average particle size of 0.03 μm2O35 g of powder (a powder) and 5 g of carbon powder (b powder) having an average particle size of 20 μm were charged into a V-type mixer and mixed for 10 minutes. This mixed powder 251 is charged into a boron nitride crucible 252 in an appropriate amount, and the temperature is raised from room temperature at a rate of 3 ° C./min in a tubular furnace 253 at a flow rate of 2 ° C./min. The furnace was cooled to a room temperature at a rate of 3 ° C./min. The unit of flow rate is (l / min) ≒ about 16.7 × 10-6(M3/ S).
[0108]
X-ray diffraction measurement (Cu, Kα ray) of each powder before and after the heat treatment resulted in diffraction patterns as shown in FIG. 23 (before heat treatment) and FIG. 24 (after heat treatment). From the powder subjected to the heat treatment, a (002) peak of graphite and a (110) peak of α-Fe were mainly detected. In FIG. 24, the mark ○ indicates a peak corresponding to the crystal structure of graphite, the mark ■ indicates a peak corresponding to the crystal structure of α-Fe, the horizontal axis indicates the diffraction angle 2θ (°), and the vertical axis indicates the diffraction angle. X-ray intensity (cps). The maximum intensity peak of graphite has a half width of about 0.2 °, and the crystallinity of the powder after heat treatment is good. Further, when the magnetic properties of the powder before and after the heat treatment corresponding to FIGS. 23 and 24 were measured by a VSM (sample vibration magnetometer), the saturation magnetization was 1.30 × 10-6Wb · m / kg, 131 × 10 for the latter-6Wb · m / kg. From the above, Fe2O3Is reduced to Fe.
[0109]
When the powder after the heat treatment was observed by a TEM (transmission electron microscope), a tube-shaped microscopic body as shown in FIG. 25 was confirmed. FIG. 25 is a micrograph of the particle structure according to the present invention observed with an electron microscope. As a result of a composition analysis by EDX (energy dispersive X-ray detector), it was found that the black particles at the tip of the minute body were Fe and the tube was C (carbon).
[0110]
FIG. 26 is a schematic diagram corresponding to the structure of the photograph of FIG. The carbon minute body 201 has a structure in which a carbon tube 203 is grown in a curved shape based on the Fe particles 202. A plurality of nodes 204 are present inside the tube 203, and the region surrounded by the opposing nodes and the tube wall 203 b forms a cavity 205. The other end of the tube 203 is closed, forming a tip 206. In the carbon microparticles 201, it is considered that the bent growth direction of the tube is related to the fact that the wall thickness of the tube and the interval between nodes are not uniform. In particular, the portions of the tube walls 203c and 203e are thin.
[0111]
Another carbon microparticle 207 has a structure in which a carbon tube 209 grows in a curved shape based on the Fe particle 208 and includes another Fe particle 213 at the tip. A plurality of nodes 210 are present inside the tube 209, and the area surrounded by the opposing nodes and the tube wall forms a cavity 211. The Fe particles 220 near the Fe particles 213 appear to be separated by the tube wall 220 or the like. In the carbon microparticles 207, it is not clear whether the Fe particles 213 were attached from the beginning of the growth of the tube or were taken in during the growth of the tube. Note that the Fe particles 208 and the wall 212 of the tube are only seen overlapping with the carbon microparticles 201 and are not connected. Further, other Fe particles 214 exist alone. In the figure, a straight or bent dashed line represents the contour of the raw material carbons 215 and 216. The curved dashed-dotted lines indicate the contours of the collodion films 217 and 218 for fixing the carbon microscopic bodies and the like to the sample holder of the electron microscope. Reference numeral 219 denotes a scale display entered for easy understanding of the dimensions in FIG. 26, and the original FIG. 25 does not have such a structure. The length of the three lines in the scale display corresponds to 100 nm.
[0112]
Based on the photograph of FIG. 25, the ratio of the outer diameter Ro to the inner diameter Ri of each carbon microparticle was measured. Measurement is performed at an arbitrary position to obtain data such as (Ri / Ro) = 0.67, 0.75, 0.40, 0.69, 0.57, 0.63, 0.75, 0.44. Was. When the carbon microparticles were manufactured by changing the conditions of Example 8, the average outer diameter and the average inner diameter could be changed. In consideration of these condition changes, the upper limit of (Ri / Ro) can be set to 0.8.
[0113]
FIG. 27 is a micrograph of the particle structure according to the present invention observed with an electron microscope. In FIG. 25, the vicinity of the joint between the Fe particle 202 and the tube 203 is enlarged. FIG. 28 is a schematic diagram corresponding to the structure of the photograph of FIG. In FIG. 28, for the sake of simplicity, only the main part of the crystal structure of FIG. 27 is represented by solid lines and dotted lines. Therefore, even if the area around the area hatched by the dotted line is blank, only that part is omitted.
[0114]
According to FIG. 28, the Fe particles 202 had a structure that appeared to have a surface along a specific crystal plane in most regions. Hereinafter, these are referred to as Fe main phases 220 and 221. On the left side of the Fe main phase 220, a phase 225 having a different orientation of the arranged surface and a hetero phase 226 that looks like a satin pattern were observed. In addition, although the Fe main phase 220 and the like are represented by dotted lines arranged in parallel, the point intervals and the line intervals do not always match those in FIG. It is drawn for easy understanding of the direction of the line arrangement and the like.
[0115]
The carbon tube in FIG. 28 will be described. The tube 203 is formed ahead of the virtual boundary line 227 and the Fe main phase 221. It can be seen that the inside of the wall of the cylindrical tube is a structure partitioned by nodes 236 and 239. The region surrounded by the node 236 and the Fe particles 202 and the tube wall, or the region surrounded by the nodes 236 and 239 and the tube wall became hollow.
[0116]
The wall of the tube is mainly composed of a phase in which the crystal arrangement is a graphite structure. Hereinafter, graphite and a structure similar thereto are collectively referred to as a graphite phase. The graphite phase is more distinct than Fe in that the crystal arrangement appears to be stacked along a particular plane. The surfaces of the graphite phases 230, 231, 232, 233, 237, 238, 240 can be said to be parallel or substantially parallel to the growth direction of the tube wall. On the other hand, in the nodes 236 and 239, the surface of the graphite layer can be said to be orthogonal or substantially orthogonal to the growth direction of the tube wall. At the left base of the node 236, the direction of the graphite layer is divided in a Y-shape into a downward layer 234 and an upward layer 235, and has a structure like a tree trunk and a branch. The root of node 239 is substantially perpendicular to the wall of the tube, and it is believed that there are at least two types of node tissue. The graphite phase 242 is considered to be a crosslink or a node, but cannot be concluded because the graphite phase 242 of another structure is intermingled.
In addition, in the state of lamination of the atomic arrangement of the graphite layers, the intervals are narrow as expressed in the graphite layers 235 and 238 and the nodes 236 and 239. If all the layers are similarly illustrated, the drawing becomes complicated. Therefore, in other portions, the number of layers is reduced and illustrated. In addition, when one layer can be clearly understood, it is shown by a line. However, when it seems that the layer is continuous, it is shown by a dotted line.
[0117]
5 g of the heat-treated powder was put into 500 cc of acetone and subjected to ultrasonic cleaning for 5 minutes to separate a supernatant and a precipitate. The supernatant 257 was left in the fume hood for a further 24 hours to dry the acetone, and a carbon fine powder 258 was obtained. The powder 258 has an improved ratio of carbon microparticles by removing coarse transition metal particles and the like.
[0118]
The manufacturing process of Example 7 includes a powder mixing process, a heat treatment process in an atmosphere, an ultrasonic wave application (dispersion process) to a medium into which the powder is charged, a separation process of coarse transition metal particles and the like, and a drying process. Corresponds to the flow and schematic diagram. In the figure, reference numeral 254 denotes a cleaning tank, reference numeral 255 denotes a solvent (acetone) in which the powder after heat treatment is dispersed, and reference numeral 256 corresponds to an ultrasonic cleaning device. In addition, as long as ultrasonic waves can be applied to disperse the generated particles in a solvent, the particles can be used without being limited to the cleaning device.
[0119]
【The invention's effect】
As described above, by using the metal ultrafine particles of the present invention and the method for producing the same, it is possible to obtain metal ultrafine particles in which a coating suitable for industrial use is provided on a metal particle surface in a safe and simple manner. Furthermore, when manufacturing ultrafine metal particles, it is possible to obtain fine particles related to by-products and a method for manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a mixed powder before heat treatment.
FIG. 2 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a mixed powder after a heat treatment.
FIG. 3 shows Fe2O3FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a reaction process in which boron nitride-coated Fe particles and the like are generated by the reaction between B and B.
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of boron nitride-coated metal particles and boron nitride microparticles.
FIG. 5 is a micrograph of the particle structure according to the present invention observed with an electron microscope.
FIG. 6 is a schematic diagram for schematically explaining the structure of FIG. 5;
FIG. 7 is a micrograph of the particle structure according to the present invention observed with an electron microscope.
FIG. 8 is a schematic diagram for schematically explaining the structure of FIG. 7;
FIG. 9 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a mixed powder before heat treatment.
FIG. 10 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a mixed powder after heat treatment.
FIG. 11 is a micrograph of the particle structure according to the present invention observed with an electron microscope.
FIG. 12 is a schematic diagram for schematically explaining the structure of FIG. 3;
FIG. 13 is a micrograph of the particle structure according to the present invention observed with an electron microscope.
FIG. 14 is a schematic diagram for schematically explaining the structure of FIG. 5;
FIG. 15 is a micrograph of the particle structure according to the present invention observed with an electron microscope.
FIG. 16 is a schematic diagram for schematically explaining the structure of FIG. 7;
FIG. 17 is a schematic view of a tubular furnace used in the manufacturing process of Example 1.
FIG. 18 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of the powder of the present invention.
FIG. 19 is a photograph of a particle structure according to the present invention observed with an electron microscope.
20 is a schematic diagram corresponding to the structure of the photograph of FIG.
FIG. 21 is an enlarged schematic view of a part of FIG. 20;
FIG. 22 is a flow chart and a schematic diagram for explaining the manufacturing process of the sixth embodiment.
FIG. 23 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a mixed powder before heat treatment.
FIG. 24 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a mixed powder after heat treatment.
FIG. 25 is a micrograph of the particle structure according to the present invention observed with an electron microscope.
FIG. 26 is a schematic view corresponding to the structure of the photograph of FIG. 25.
FIG. 27 is a micrograph of the particle structure according to the present invention observed with an electron microscope.
FIG. 28 is a schematic view corresponding to the structure of the photograph of FIG. 27.
FIG. 29 is a process flow and a schematic diagram for explaining the manufacturing process of the seventh embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Fe particle, {2 BN coating, {3} lattice plane, {4} lattice plane,
5 lattice plane,
11} metal ultrafine particles, {12} α-Fe particles,
13a {13b} 13c} pattern,
14} graphite thin film boundary, {15} collodion film,
16 scale, {20 graphite thin film,
20a 20b 20c plaid,
20e plaid, {20d} plaid, {20f} plaid,
21 {21b} convex,
22 layered lattice plane,
23} dislocation, {24} lattice,
25% intermediate layer, {27} graphite growth layer,
41} mixed powder, {42} boron nitride crucible, {43} tubular furnace,
44 cleaning tank, 45 medium, 46 ultrasonic cleaning device,
47 supernatant, {48 coated metal particles,
51} mixed powder, {52} boron nitride crucible, {53} tubular furnace,
101} boron nitride microparticle, {102} cavity, {103} tube,
Section 104 {104b},
105 Cobb, {110} bend, near {111} tip,
112 @ h-BN tissue, {112b} h-BN-like site,
113 {collodion membrane, {121} mixed powder, {122} crucible,
123} tubular electric furnace, {127} supernatant, {128} boron nitride powder,
201} carbon microparticles, {202} Fe particles, {203} tubes,
203b @ tube wall,
203c {203e} tube wall,
Section 204, {205} cavity, {206} tip,
207 carbon nanoparticle, {208} Fe particle, {209} tube, {210} node,
211} cavity, {212} tube wall, {213} Fe particles,
214 Fe particles,
215 {216} raw material carbon,
217 {218} collodion membrane,
219 scale display, {220 Fe particles,
220 221 Fe main phase,
224 {227} virtual boundaries,
Phases with different orientations of the faces in the 225 array, different phases that look like pearskin patterns,
230/231/232/233/237/238/240 / graphite phase,
234 235 graphite phase,
236 239,
241} graphite phase, {242} graphite phase of other structure,
251} mixed powder, {252} boron nitride crucible, {253} tubular furnace,
254 washing tank, a solvent in which the powder after the {255} heat treatment is dispersed,
256 ultrasonic cleaning equipment, {257} supernatant, {258} carbon fine powder

Claims (32)

金属酸化物を還元することにより得られた金属粒子であって、前記金属粒子の表面は窒化ほう素若しくは炭素で被覆されており、平均粒径が1μm以下であることを特徴とする金属超微粒子。Metal particles obtained by reducing a metal oxide, wherein the surface of the metal particles is coated with boron nitride or carbon, and has an average particle size of 1 μm or less. . 前記金属酸化物は、遷移金属を含む酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の金属超微粒子。The ultrafine metal particles according to claim 1, wherein the metal oxide is an oxide containing a transition metal. 前記金属粒子の表面は、主としてh−BNの結晶構造を有する窒化ほう素若しくは主としてグラファイトで構成されている炭素で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の金属超微粒子。The metal ultrafine particles according to claim 1, wherein a surface of the metal particles is mainly made of boron nitride having an h-BN crystal structure or carbon mainly made of graphite. 前記窒化ほう素若しくは炭素は、膜厚100nm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の金属超微粒子。4. The ultrafine metal particles according to claim 1, wherein said boron nitride or carbon has a thickness of 100 nm or less. 前記窒化ほう素若しくは炭素は、結晶の格子面もしくは積層面が2層以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の金属超微粒子。The metal ultrafine particle according to any one of claims 1 to 4, wherein the boron nitride or carbon has two or more layers of a lattice or lamination plane of the crystal. 前記金属粒子の中、または窒化ほう素若しくは炭素の中に、中間相を備えることを特徴とする請求項5に記載の金属超微粒子。The ultrafine metal particles according to claim 5, wherein an intermediate phase is provided in the metal particles or in boron nitride or carbon. 前記金属超粒子は粒子を構成する主成分が磁性金属元素であり、前記金属超微粒子の飽和磁化は、前記磁性金属元素の飽和磁化の10%以上且つ100%未満であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の金属超微粒子。The main component of the metal superparticle is a magnetic metal element, and the saturation magnetization of the metal ultrafine particle is 10% or more and less than 100% of the saturation magnetization of the magnetic metal element. Item 7. Ultrafine metal particles according to any one of Items 1 to 6. 湿度100%、温度120℃、1気圧、24時間の条件で熱処理した後、熱処理前の含有酸素質量(mass%)に対して熱処理後の酸素質量増分が50%以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の金属超微粒子。After heat treatment under the conditions of 100% humidity, 120 ° C., 1 atm, and 24 hours, the oxygen mass increment after heat treatment is 50% or less with respect to the oxygen content (mass%) before heat treatment. The ultrafine metal particles according to claim 1. 金属の酸化物を含有する粉末とほう素を含有する粉末を混合した粉末を、窒素を含む雰囲気中で熱処理することにより、金属超微粒子を作製する方法であって、
前記金属超微粒子は、窒化ほう素で被覆された金属粒子であることを特徴とする金属超微粒子の製造方法。
A method for producing ultrafine metal particles by heat-treating a powder obtained by mixing a powder containing a metal oxide and a powder containing boron, in an atmosphere containing nitrogen,
The method for producing ultrafine metal particles, wherein the ultrafine metal particles are metal particles coated with boron nitride.
前記熱処理は800℃以上の温度で行われることを特徴とする請求項9に記載の金属超微粒子の製造方法。The method according to claim 9, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C. or higher. 金属の酸化物を含有する粉末と炭素を含有する粉末を混合した粉末を、窒素を含む雰囲気中で熱処理することにより、金属超微粒子を作製する方法であって、
前記金属超微粒子は、炭素で被覆された金属粒子であることを特徴とする金属超微粒子の製造方法。
A method for producing metal ultrafine particles by heat treating a powder obtained by mixing a powder containing a metal oxide and a powder containing carbon, in an atmosphere containing nitrogen,
The method for producing ultrafine metal particles, wherein the ultrafine metal particles are metal particles coated with carbon.
前記熱処理は600℃以上の温度で行われることを特徴とする請求項11に記載の金属超微粒子の製造方法。The method of claim 11, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C. or more. 金属の酸化物を含有する粉末とほう素を含有する粉末を混合した粉末を、窒素を含む雰囲気中で熱処理することにより、窒化ほう素の微小体を作製することを特徴とする微小体の製造方法。A method for producing microscopic bodies, characterized in that microparticles of boron nitride are produced by heat-treating a mixed powder of a powder containing a metal oxide and a powder containing boron in an atmosphere containing nitrogen. Method. ほう素を含む粒子と金属の酸化物粒子を含有する粉末を、窒素を含有する雰囲気中で熱処理することにより、金属粒子もしくは窒化ほう素の微小体の少なくとも1つを有する生成物を得ることを特徴とする微小体の製造方法。Heat-treating a powder containing boron-containing particles and a metal oxide particle in an atmosphere containing nitrogen to obtain a product having at least one of metal particles or fine boron nitride particles. A method of manufacturing a featured micro body. 前記熱処理は800℃以上の温度で行われることを特徴とする請求項13又は14に記載の微小体の製造方法。The method according to claim 13, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C. or higher. 請求項13乃至15のいずれかに記載の微小体の製造方法によって窒化ほう素の微小体と金属粒子を有する粉末を作製し、前記粉末から前記金属粒子の少なくとも一部を除去することを特徴とする微小体の製造方法。A method of manufacturing a microparticle according to claim 13, wherein a powder having microparticles of boron nitride and metal particles is produced, and at least a part of the metal particles is removed from the powder. Method for producing microscopic bodies. 金属酸化物を不活性ガス雰囲気中で還元することにより生成した微小体であって、主として窒化ほう素で構成されており、ワイヤ状若しくは円筒状であることを特徴とする微小体。A fine body produced by reducing a metal oxide in an inert gas atmosphere, which is mainly composed of boron nitride and has a wire shape or a cylindrical shape. 前記微小体は、平均直径が0.5μm以下であることを特徴とする請求項17に記載の微小体。The micro body according to claim 17, wherein the micro body has an average diameter of 0.5 µm or less. 円筒状の窒化ほう素微小体であって、外径Roと内径Riの比が、(Ri/Ro)≦0.8となる部位を備えることを特徴とする微小体。What is claimed is: 1. A cylindrical boron nitride microparticle, comprising: a portion where a ratio of an outer diameter Ro to an inner diameter Ri satisfies (Ri / Ro) ≦ 0.8. 菱面体相の窒化ほう素微小体と六方晶相の窒化ほう素微小体の混合物であることを特徴とする微小体。A microparticle comprising a mixture of rhombohedral boron nitride microparticles and hexagonal phase boron nitride microparticles. 菱面体相と六方晶相を有する窒化ほう素の微小体であることを特徴とする微小体。A microparticle characterized in that it is a microparticle of boron nitride having a rhombohedral phase and a hexagonal phase. 窒化ほう素を主として構成されており、円筒状であって内部に節もしくは架橋を有することを特徴とする微小体。A minute body mainly composed of boron nitride, having a cylindrical shape and having nodes or cross-links therein. 金属粒子と、前記金属粒子を被覆する窒化ほう素被膜と、ワイヤ状若しくは円筒状の窒化ほう素を備えることを特徴とする微小体。A minute body comprising metal particles, a boron nitride coating covering the metal particles, and wire-shaped or cylindrical boron nitride. 金属の酸化物を含有する粉末と炭素を含有する粉末を混合した粉末を、不活性の雰囲気中で熱処理することにより、炭素の微小体を作製することを特徴とする微小体の製造方法。A method for producing a microscopic body, comprising preparing a carbon microscopic body by heat-treating a mixed powder of a powder containing a metal oxide and a powder containing carbon in an inert atmosphere. 炭素を含む粒子と金属の酸化物粒子を含有する粉末を、不活性の雰囲気中で熱処理することにより、金属粒子もしくは炭素の微小体の少なくとも1つを有する生成物を得ることを特徴とする微小体の製造方法。Heat treating a powder containing carbon-containing particles and metal oxide particles in an inert atmosphere to obtain a product having at least one of metal particles or carbon microparticles; How to make the body. 前記熱処理は600℃以上の温度で行われることを特徴とする請求項24又は25に記載の微小体の製造方法。The method according to claim 24, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C. or higher. 請求項24乃至26のいずれかに記載の微小体の製造方法によって炭素の微小体と金属粒子を有する粉末を作製し、前記粉末から前記金属粒子の少なくとも一部を除去することを特徴とする微小体の製造方法。27. A method comprising producing a powder having carbon microparticles and metal particles by the method for producing microparticles according to claim 24, and removing at least a portion of the metal particles from the powder. How to make the body. 金属酸化物を不活性ガス雰囲気中で還元することにより生成した微小体であって、グラファイト相の炭素で構成されており、ワイヤ状若しくは円筒状であることを特徴とする微小体。A fine body produced by reducing a metal oxide in an inert gas atmosphere, which is made of graphite phase carbon and has a wire shape or a cylindrical shape. 前記微小体は、平均直径が0.5μm以下であることを特徴とする請求項28に記載の微小体。The micro body according to claim 28, wherein the micro body has an average diameter of 0.5 µm or less. 円筒状の炭素微小体であって、外径Roと内径Riの比が、(Ri/Ro)≦0.8となる部位を備えることを特徴とする微小体。What is claimed is: 1. A minute carbon body, comprising: a cylindrical carbon minute body, wherein a ratio of an outer diameter Ro to an inner diameter Ri satisfies (Ri / Ro) ≦ 0.8. グラファイト相の炭素を主として構成されており、円筒状であって内部に節もしくは架橋を有することを特徴とする微小体。A fine body mainly composed of graphite phase carbon, having a cylindrical shape and having nodes or cross-links therein. 金属粒子と、前記金属粒子を被覆する炭素被膜と、ワイヤ状若しくは円筒状の炭素を備えることを特徴とする微小体。A minute body comprising metal particles, a carbon coating covering the metal particles, and wire-shaped or cylindrical carbon.
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